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      基于多體動力學理論開發(fā)的仿真分析


      發(fā)布時間:2015-08-14   資訊類別: 其它資訊   我要發(fā)布
        隨著科技的發(fā)展,在虛擬樣機CAE仿真領(lǐng)域,基于多體動力學理論開發(fā)的仿真分析軟件功能日趨**。虛擬樣機技術(shù)應用仿真軟件能夠使用程序準確的模擬真實的機械系統(tǒng),并能夠精確計算出運動過程中的各種運動副上力和力矩的大小,為結(jié)構(gòu)強度和疲勞提供參考,避免了傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程中零部件和樣機的反復制造、試驗等過程。
        
        MotionView是新一代系統(tǒng)動力學仿真分析軟件。它具有簡捷友好的用戶界面、**的建模語言(MDL),同時也是**款支持多求解器輸出的多體動力學軟件。MotionView可以將模型直接輸出成ADAMS、ABAQUS、DADS、NASTRAN、RADIOSS等多種求解格式文件,也可直接通過Altair MotionSolve進行求解。MotionSolve是采用新一代點輔助坐標系原理(Point-Auxiliary-Coordinate System)的多體動力學求解器,它具有更快捷、更穩(wěn)定的計算特點;適用范圍廣泛,可以處理機械系統(tǒng)動力學、隔振、控制系統(tǒng)設計、針對耐久性分析的載荷預期和穩(wěn)健性仿真等多方面的問題,還可以對零自由度的機械系統(tǒng)和具有復雜非線性應變的模型進行仿真。
        
        挑戰(zhàn)
        
        西安飛機工業(yè)集團公司(簡稱“西飛”)在某型飛機的登機門設計中,由于采用門梯合一的設計,門部件間的運動關(guān)系十分復雜,因此機門能否**開啟和關(guān)閉是機門設計中的主要設計因素。
        
        西飛技術(shù)中心結(jié)構(gòu)設計團隊希望通過利用虛擬樣機技術(shù)模擬真實的機門機構(gòu),分析機門開啟手柄力大小和回收所需的液壓力;并且需要精確計算出運動過程中的各種運動副上力和力矩的大小,為結(jié)構(gòu)強度和疲勞提供參考。
        
        解決方案
        
        圖1所示的登機門為門梯合一式,位于機身左側(cè)7框~9框之間的地板上側(cè)。門梯合一登機門主要由登機門提升機構(gòu)、登機門鎖定機構(gòu)、登機梯結(jié)構(gòu)、登機門門體結(jié)構(gòu)及登機門液壓操縱系統(tǒng)等組成,各個系統(tǒng)部件之間既有普通鉸鏈也有多種高副連接關(guān)系。艙門為內(nèi)、外蒙皮及隔板組成的鉚接結(jié)構(gòu),門四周有一圈密封膠管,即密封帶,門內(nèi)部裝有門的門閂鎖操縱機構(gòu)。操縱機構(gòu)由內(nèi)手柄和帶鑰匙鎖的外手柄、搖臂、連桿、鎖定機構(gòu)及液壓操縱系統(tǒng)等組成。
       
        因此,如何選擇一種通用的、功能強大的動力學CAE仿真工具以滿足以上需求成為設計團隊關(guān)注的重要問題。
        
        在創(chuàng)建運動學模型之前,需要獲取模型的一些建模所需的輸入數(shù)據(jù),利用Catia軟件建立登機門的三維電子樣機,附之材料屬性。利用Catia軟件自帶的測量每個零部件的質(zhì)量、質(zhì)心坐標以及運動副的位置點坐標;驅(qū)動缸的驅(qū)動力由實驗測試數(shù)據(jù)得到(見圖2);彈簧剛度由設計圖紙得到,而預載則安裝角度和壓縮長度通過計算方法得到;模型外形由Catia模型直接導入得到;軸瓦鐵和銅構(gòu)成在模型中處理成襯套元素,根據(jù)資料預估各方向剛度和摩擦系數(shù)。
        
        最終建立的多體動力學模型(圖3)中共有36個運動體、44普通鉸鏈、4個點到曲線的高副鉸鏈、兩個運動驅(qū)動和1個齒輪副、7個彈簧阻尼元素、21個力定義以及1個控制運動過程的觸發(fā)器Sensor。整個模型仿真時間定為22秒。0-4秒是插銷鎖解鎖和門結(jié)構(gòu)提升過程;4-10秒是門和梯子一起翻轉(zhuǎn)打開過程;10-17.5秒是門和梯子一起翻轉(zhuǎn)收起過程;17.5-21.5秒是門收起結(jié)構(gòu)到位和插銷鎖鎖上過程。
        
        模型完成后首先需要檢查cae軟件模型的正確性,確保模型與被模擬的登機門有同樣的運動。通過對比仿真和實驗結(jié)果測量得到的門運動軌跡(見圖4-5)、擋塊的相對位置、梯子和翻板的下翻情況等是否合理,確保模型與樣機的一致性。

        
        在機門開啟階段最主要的評價參數(shù)是開啟機門所需要的內(nèi)手柄力,在設計規(guī)范中對這個力的**值和變化過程都有一定的規(guī)范要求,通過仿真分析得出了手柄力的變化曲線(圖6),從結(jié)果可以看出手柄力**值和變化趨勢滿足設計要求。在機門關(guān)閉階段最主要的評價標準是作動筒的驅(qū)動力能否帶動機門機構(gòu)自動收起,減少**能避免人員手動推動門關(guān)閉的關(guān)閉動作,實現(xiàn)機門的自動回收過程,但同時又要避免驅(qū)動力過大造成門關(guān)閉時沖擊過大,進而造成關(guān)門噪音過大。初始設計的驅(qū)動力太小,機門無法自動回收,通過仿真模型找到了合適的驅(qū)動力大小,優(yōu)化前后力的對比曲線(圖7),通過實驗驗證發(fā)現(xiàn)仿真結(jié)果是可行的。

      cae專區(qū):http://articles.e-works.net.cn/cae/

      solid edge專區(qū):http://solidedge.e-works.net.cn/


      資訊來源:http://articles.e-works.net.cn/cae/  

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