新一代刚柔混合多体动力学分析软件RecurDynTM.pdf

机械设计 206 JOURNALOFMACH烈EDESIGN 吴卫东 (安世亚太(ANSYS．CHINA)，北京) 工程中的对象是由大量零部件构成的系统。在对它们进行 考虑几何是否存在对接触分析有缺陷的因素。例如，齿轮组的 设计优化与特性分析时可以分为两大类。一类称为结构，它们 接触分析，提取出有效接触面，定义面一面接触，可以大幅缩 的特征是在正常的工况下构件间没有相对运动，如航空航天器 短计算时间，如图l所示。 的壳体以及各种零部件的本身。人们关心的是这些结构在受到 载荷时的强度、刚度与稳定。它是固体力学与结构力学研究的 内容。另一类称为机构，其特征是系统在运行过程中这些部件 间存在相对运动。如航空航天器、机车与汽车、操作机械臂、 机器人等复杂机械系统。此外，在研究宇航员的空间运动，在 车辆的事故中考虑乘员的运动以及运动员的动作分析时，人体 也可认为是躯干与各肢体存在相对运动的系统。上述复杂系统 图1齿轮的有效接触面 的力学模型为多个物体通过运动副连接的系统，称为多体系 (4)曲线一曲线用于平面机构的接触分析，或可以简化 统。它是计算多体系统动力学的研究内容。RecurDyn正是以 为2D接触问题的分析。 复杂多体系统为分析对象的新一代多体动力学分析软件，它与 (5)标准几何接触对于标准几何体间的接触，如球体与 传统的机构动力学分析软件相比有许多独特的优势。 圆柱体、六面体、圆环或这些几何体内壁的接触，可以定义标 准几何接触，这种接触方式除了简化接触定义外，还可以提高 1 采用相对坐标系和完全递归算法 分析效率和计算精度，因为这些标准几何体间的接触是连续的 而不是离散的(如图2所示)。而实体、曲面和曲线间的接触 以往的机构动力学分析软件多采用绝对坐标系统，求解运 需要将几何离散化处理，如图3所示。 动微分方程组和代数约束方程组，而RecurDyn采用相对坐标 系和递归式方程。大大减d,-J求解问题的规模，使RecurDyn 的求解速度更快，同时，RecurDyn也是第一个采用完全递归 算法的商业软件，这些特点使RecurDyn在求解大规模、高速 和高刚度问题方面的性能大大超过了其他传统的机构动力学 分析软件。 图2部分标准几何接触举例 2强大的接触和碰撞分析能力 机构运动过程中，不可避免地会发生接触和碰撞，许多 机构的设计就是利用接触来传递运动和力(或力矩)，最常见 的如齿轮传动机构，电器开关机构在实现通断运动过程中也 会有接触和碰撞问题等。RecurDyn在处理接触问题时可以定 义各种接触类型，以适应快速、灵活处理各种复杂接触问题 图3接触面离散化 的需要． (6)凸轮接触对于凸轮机构，可以用一般的接触方式定 (1)实体一实体这种接触方式操作简单，只要指定两个 义接触，也可以用2D凸轮接触来定义。使用凸轮接触的最大意 几何体是接触关系即可。但这种接触方式不利于处理具有复 义在于，接触界面会自动以较密的点进行拟合，可以满足高精度 杂曲面几何体，因为求解过程中会花大量时间探测接触面，而 求解的需要。图4为凸轮接触与曲线一曲线接触计算结果的比 且容易产生判断错误甚至无法求解。 较。采用凸轮接触．计算结果的接触力不会