机械系统动力学自动分析联合仿真的高效通用方法

《机械系统动力学自动分析联合仿真的高效通用方法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、机械系统动力学自动分析联合仿真的高效通用方法安德鲁·S·艾略特博士机械动力学有限股份有限公司6530东弗吉尼亚街梅萨，亚利桑那州，美国，85215-0736480.985.1557aelli@adams.com摘要：本文介绍了一种将任何外在的计算机编码和机械系统动力学自动分析连接起来的高效通用的方法，这样两个程序可以在系统模拟中连接起来，从而两个程序都能以接近最佳单机速度的速度运行。该方法允许外部编码按照设计在离散时间中运行，并且可能有多重和（或者）可变的采样率。有两个问题可能利用了这一方法，其分别为气动伺服弹性响应和半实物之类的交互仿真更改。在前者中，通过有限差分计算流体动力

2、学软件计算空气动力载荷；而在后者中，用户需要在问题产生时改变模拟输入。该方法运用了二次内插、外插程序，这体现在公式翻译程式语言中，不过在任何程序语言中都能轻松实现。序言：在ADAMS机械系统仿真技术的高级应用中，用户经常在只能解决部分问题的其他计算机编码中投入很多，比如说计算水力，电磁负荷或是气动载荷。这可能是个商业上可行的程序，或者特别开发的高度专有的内部产品。另外一个编码通常的解法和ADAMS大相径庭，它可能在不同的计算机硬件或是不同的站点上运行。因此，要把另外一个编码转化成求解器模块的子程序，使其运行，这通常是不大可能的。反之亦然。在这些研究中，我们需要把另外一个编码和求

3、解器模块连接起来，使得两个程序能够在系统模拟中互相通信，从而获得完整的耦合响应。另外，由于这类问题一般比较大而且复杂，连接必须有效，如此两个程序能以最佳可能速度运行，除非在时间和硬件可用性上没有限制。联合仿真注意事项：提出联合仿真解法时，应该考虑以下几点：1.求解器模块在连续时间内解决系统方程式，并且得出连续结果，即使我们只在固定时间增量内要求求解程序给出输出信息的情况下，亦是如此。除此之外，求解器模块的解法的安排方式是，如果校正器出现问题，难以聚合，内部模拟时间事实上有可能倒退。2.你想连接到求解程序上的另外一个编码经常只能在离散时间内解决其自身问题，而且无法得到时间步长之间

4、的结果。如果另外一个编码使用离散逼近连续时间法，譬如说有限差分方法，或者另外一个编码事实上是模仿数控执行机构之类的离散过程，那么这有可能成真。3.另外一个编码有可能比求解器模块慢得多或者快得多，这取决于每个编码解决的问题的相对复杂程度，以及它们使用的计算机硬件。如果可能的话，我们希望确保在联合仿真过程中，每个编码以其最佳可能速度运行，而且编码之间的通讯不会限制速度。范例问题——可能出错之处通过一个非常简单的证明题，我们可以说明准备不充分的联合仿真可能出错的很多地方。然后，我们将通过同一问题说明如何有效改善结果。模型包括一对完全相同的弹簧-质量-阻尼器，其特征为：K=314.16

5、lbf/in(=121391lbm-in/sec2/in)C=0.0005lbf-sec/inM=0.3183lbm我们特意设计了这个模型，来创建一个非常僵硬、几乎没有阻尼的系统，其自然频率接近100赫兹（实际上大约为98.3赫兹）。一个弹簧-质量-阻尼器受到一个常规ADAMSSFORCE因素的推动，其使用了低频率，全部是正弦曲线的力量，量值为50lbf，周期为1秒。另外一个弹簧-质量-阻尼器受到外部离散时间编码的推动，这一编码的力量接近第一个。我们可以轻易控制另外一个编码的时间步长。所有仿真会持续4秒钟。联合仿真会出错的地方很多。最常见的问题是编码之间存在通讯瓶颈，联合解决方

6、案运行速度非常慢。一个编码如果难以“消化”另外一个编码提供的数据，也会引起减速。然而，某些问题可能导致联合仿真得出错误答案。这些问题包括：两个编码之间的同步化故障采样区间不当引起的混淆现象离散输入导致的ADAMS系统中的数值脉冲不兼容的误差控制引起的人为不稳定现在，让我们一起看看在求解器模块和另外一个编码中使用不同步长联合仿真时，这个简单的系统会出现什么情况。求解器模块–25outputsteps/sec(stepsize=.040)外部力量-50computesteps/sec(stepsize=.020)由于受迫振动频率只有1赫兹，我们会期待这些数值会得出非常不错的结果。下

7、面的图表将受到真正连续外力作用的质量的位移和受到联合仿真离散外力作用的质量的位移做了对比。将求解器的步长减小到.02或者甚至是.01秒，对联合仿真响应几乎没有影响，除了提高运行时间10%或20%之外。不过，求解器达到0.005秒或者更小的步长，会允许离散外部力量在数值上激起100盒子的机械系统，如下图所示。求解器模块–200outputsteps/sec(stepsize=.005)外部力量-50computesteps/sec(stepsize=.020)因此，很明显这不是达到预期解决方案