虚拟样机讲稿.ppt

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1、西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都铁道车辆虚拟样机-虚拟样机的概念与内涵-多体动力学的基本概念与软件-虚拟样机的应用领域-铁道车辆虚拟样机及未来铁道车辆的设计方法西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-作为一

2、种研究方向由美国人提出，并与ADAMS软件的应用紧密相关 其基础是1984年多体动力学的发展和计算机性能的大幅度提高。虚拟样机的概念与内涵-虚拟样机技术主要是指对机械系统的动力学仿真，而且这种仿真是 以多体动力学的理论与方法为基础，它在CAE中的地位如图。-在产品开发初期就通过计算机仿真，研究车辆动力特性和改善潜力，可以达到低成本和快周期的目的，这是虚拟样机技术的宗旨。-动力学仿真即虚拟样机与有限元方法的区别：前者研究机械系统多个 部件的动力学或运动学关系，存在大的相对位移；而后者研究的是机 械系统中某个部件的小变形和应力。Engin-MBS Combustion-MBS图Carbody-FE

3、M图西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-虚拟样机的概念与内涵西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都多体动力学的基本概念与软件-虚拟样机技术是以计算多体动力学理论为基础的动力学仿真方法。-1984年就定义了计算

4、多体动力学领域的任务和研究目标：建立复杂机械系统的动力学程式化数模型，并开发实现该数学模型的软件，用户只需输入描述系统的最基本数据，就能借助计算机按程序自动进行处理。开发和实现处理数学模型的有效计算方法与数值积分法，自动得到运动学和动力学响应。实现有效的数据后处理，并通过动画、图表或其他方法提供数据处理结果。-与传统动力学不同，多体动力学有如下特点：分析机械系统时，不需要工程师自己来建立微分方程，而是由程序根据拓朴关系自动建立。由于不用自己建立方程，因此不容易出错，既使出错也容易检查出来。对不同的复杂机械系统能够很快建立模型，并且便于修改，而传统分析中增加或减少自由度是非常烦琐且极易出错的。数

5、值分析专家提供的有效计算方法保证计算过程准确和可靠。西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-多体动力学的基本概念与软件-多体系统商业化软件的种类和市场占有率纯粹的商业化多体程序目前主要有ADMAS和SIMPACK，以及用户很少的其他一些程序。目前在铁路机车车辆多体系统分析软件中的市场占有率如图。图全球SIMPACK软件用户分布。图西南交通大学机车车辆研究所使用SIMPACK进行车辆系统动力学仿真。全球使

6、用SIMPACK的企业与研究机构数量逐年迅速增长。图-铁道机车车辆动力学分析概述铁道机车车辆是一种典型的复杂机械多体系统,对机车车辆性能的评价涉及很多内容,因此其动力学分析内容也是多方面的,如图所示。图西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-多体动力学的基本概念与软件西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g

7、:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-多体动力学的基本概念与软件西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-多体动力学的基本概念与软件西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003

8、.08成都成都西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都虚拟样机的应用领域-汽车-铁道机车车辆-机电设计仿真-新型轨道车辆，如磁悬浮列车-铁道车辆弓网动力学仿真-通用机械-机器人-航空航天-等等西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.08200

9、3.08成都成都虚拟样机的应用领域-汽车汽车与铁路是多体动力学或虚拟样机的最主要应用领域。汽车的建模与铁路相比要求更高的数据库应用、子结构应用技巧；铁路车辆的悬挂部件相对汽车更简单，但铁路车辆的轮轨特殊性决定了其分析过程很复杂。此外汽车的转向是主动的，而铁路是被动的。汽车在不平道路上的运行：汽车驶过一个障碍：等等。图-铁道机车车辆多数铁路企业采用SIMPACK多体程序进行仿真如：SIEMENS、SGP、MAN、ALSTOM、BOMBARDIER、DB、JR铁路应用举例：国内采用径向转向架的摆式列车牵引头车仿真西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通

10、大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都虚拟样机的应用领域-铁道机车车辆（续）铁路应用举例：大连市快速轨道车辆仿真：仿真中轮轨接触情况：列车过桥仿真：过道岔计算：主动悬持仿真：滚动试验台上的性能研究：曲线通过计算：（常规计算）粘着控制仿真：弓网动力学仿真：（尚未进行此类仿真）等等图（机辆所尚没有进行过此类仿真）图（机辆所在磁浮车仿真中应用此技术）图（机辆所申报国家自然科学基金研究，待批准）图图西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆

11、研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都目前机辆所尚没有进行过此类仿真。但德国航空航天局已利用SIMPACK程序进行过这一工作，得到了机车在牵引情况下的结果。西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都虚拟样机的应用领域-机电设计仿真-新型轨道车辆，如磁悬浮列车机电设计在航空和汽车工业应用非常广泛，取得了成功。在铁路

12、上机电设计也初见成效：如摆式列车、交流传动控制机电设计思想：设计初期就将机械与电子控制综合在一起，用控制技术实现传统机械结构难以达到的目标。因此动力学仿真应将控制技术包括进行，对机电产品进行性能仿真：如独立车轮中采用主动控制技术。磁悬浮列车是一种典型的利用机电设计思想，使传统轨道车辆发生了革命性变化。磁悬浮列车的应用举例：曲线通过：曲线通过时控制点间隙变化：曲线通过时整车振动情况：通过桥梁：起浮过程原理（运行程序）。西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机

13、铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都虚拟样机的应用领域-通用机械-机器人-航空航天-等等随着技术的进展，虚拟样机技术将会在越来越多领域得到应用。并成为现代设计的一种重要方法。同时也将成为研究机构（大学、研究院所等）从事各种特殊研究的重要工具。西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所西南交通大学机车车辆研究所File:shihui-luo/g:/Lou_sh_ppt/铁道车辆虚拟样机铁道车辆虚拟样机2003.082003.08成都成都-在铁路领域，转向架出现的100年来，基本上没有本质变化-转向架的设计一直是由机械工程师主导的机械结构设计-随着铁路追求更高速度、更轻重量、更低能耗、更低成本，仅靠机械设计已难以达到。像汽车和航空领域引入控制技术，可能会对未来铁路车辆的发展产生革命性的影响。-转向架的设计经历了：经验设计、分析设计，即将进行机电设计时期-虚拟样机和机电设计将成为未来铁路车辆设计的方法-摆式列车、交流传动控制、粘着控制已经显示其巨大应用潜力。-有了机电控制技术，可能未来铁路的道岔功能都可由车辆控制来实现。-在繁忙公路上汽车也可像列车一样通过控制形成车流提高通过效率。铁道机车车辆虚拟样机及未来铁道机车车辆设计方法