MBS技术专题丨多体动力学中的弹簧建模仿真

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简介

 

弹簧广泛应用于机械系统中,其物理参数对机械系统的动态特性有重要的影响,因此建立合理的弹簧模型在多体动力学分析中显得尤为重要。Altair® MotionSolve® 可以方便地创建各种形状的弹簧系统。

 

MBS技术专题丨多体动力学中的弹簧建模仿真

 

弹簧的建模主要有两种方法:

  • SpringDamper力元:将弹簧定义为具有刚度、阻尼、自由长度和预紧力特征的力元实体。 

  • NLFE Spring 物理组件:将弹簧定义为一个非线性柔性体,具有几何、材料、质量和惯性特性。

     

NLFE的弹簧可以:

  • 由弹簧质量引起的动力学

  • 考虑了非线性变形

  • 应力、应变和变形轮廓可视化

  • 自动建模线圈间的碰撞

     

通过例子可以学习到:

  • 物理弹簧的属性如何影响动力学系统的动态特性

  • 如何创建包含预载的NLFE螺旋弹簧

 

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建模

 

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Step 1:导入数据,建立连接和接触;

Step 2:增加一个弹簧阻尼器 K=1N/mm, C=0.1N.s/mm 、L= 150 mm;

Step 3:启动 MotionSolve 仿真;

Step 4:用非线性螺旋弹簧代替原来的弹簧阻尼器;

弹簧本体直径(d)=2.5528mm; 弹簧螺旋直径(D)=35mm; 螺旋数(n)=10;G=模量;

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Step 5:非线性弹簧文件导入 00_Data preloaded_spring_config.csv ( Connectivity-> Import )

Step 6:运行MotionSolve。

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仿真设置

 

Step 1:MotionSolve 使用spring阻尼器进行多体动力学分析,时间为3.25秒;

Step 2:用非线性螺旋弹簧代替弹簧阻尼器;

Step 3:用新的非线性弹簧继续仿真;

Step 4:在HyperView和HyperGraph中验证了接触载荷和NLFE位移;

 

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结果

 

  • 对比弹簧阻尼器和非线性弹簧结果

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弹簧阻尼器(左) VS 非线性弹簧(右)

 

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总结

 

本文对多体动力学中弹簧的建模方法进行仿真分析研究,用弹簧阻尼器和非线性弹簧仿真分析对比,对机构系统的动态特性分析和优化设计具有重要意义

 

关于 Altair澳汰尔

 

Altair(纳斯达克股票代码:ALTR)是计算科学和人工智能(AI)领域的全球领导者,在仿真、高性能计算 (HPC) 和人工智能等领域提供软件和云解决方案。Altair 能使跨越广泛行业的企业们在连接的世界中更高效地竞争,并创造更可持续的未来。

 

公司总部位于美国密歇根州,服务于13000多家全球企业,应用行业包括汽车、消费电子、航空航天、能源、机车车辆、造船、国防军工、金融、零售等。

 

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