多体动力学软件和有限元软件的区别.pdf

《多体动力学软件和有限元软件的区别.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机械领域中多体动力学软件与有限元软件的区别有限元软件与多体动力学软件数值分析技术与传统力学的结合在结构力学领域取得了辉煌的成就，出现了以ANSYS、NASTRAN等为代表的应用极为广泛的结构有限元分析软件。计算机技术在机构的静力学分析、运动学分析、动力学分析以及控制系统分析上的应用，则在二十世纪八十年代形成了计算多体系统动力学，并产生了以ADAMS和DADS为代表的动力学分析软件。两者共同构成计算机辅助工程（CAE）技术的重要内容。商业通用软件的广泛应用给我们工程师带来了极大的便利，很多时候我们不需要精通工程问题中的力学原理，依然可以通过商业软件来

2、解决问题，不过理论基础的缺失还是会给我们带来不少的困扰。随着动力有限元与柔性多体系统分析方法的成熟，有时候正确区分两者并不是很容易。机械领域应用比较广泛的有两类软件，一类是有限元软件，代表的有：ANSYS,NASTRAN,ABAQUS,LS-DYNA,Dytran等；另一类是多体动力学软件，代表的有ADAMS,Recurdyn，Simpack等。在使用时，如何选用这两类软件并不难，但是如果深究这两类软件根本区别并不容易。例如，有限元软件可以分析静力学问题，也可以分析“动力学”问题，这里的“动力学”与多体动力学软件里面的动力学一样吗？有限元软件在分析

3、动力学问题时，可以模拟物体的运动，它与多体动力学软件中模拟物体运动相同吗？多体动力学软件也可以分析柔性体的应力、应变等，这与有限元软件分析等价吗？1有限元软件有限单元法是一种数学方法，不仅可以计算力学问题，还可以计算声学，热，磁等多种问题，我们这里只探讨有限元法在机械领域的应用。计算结构应力、应变等的力学基础是弹性力学，弹性力学亦称为弹性理论，主要研究弹性体在外力作用或温度变化等外界因素下所产生的应力、应变和位移，从而为工程结构或构件的强度、刚度设计提供理论依据和计算方法。也就是说用有限元软件分析力学问题时，是用有限元法计算依据弹性力学列出的方程。

4、考虑下面这个问题，在0t，时间内给一个结构施加一个随时间变化的载荷Pt，我们希望得到结构的应力分布，在刚刚施加载荷的时候，结构中的应力会有波动，应力场是变化的，但很久以后，应力场趋于稳定。如果我们想得到载荷施加很久以后，稳定的应力场分布，那么应该用静力学分析方法分析1机械领域中多体动力学软件与有限元软件的区别该问题，如果我们想得到施加载荷过程中应力场是如何变化的，那么我们就需要用动力学分析方法。1.1有限元中的静力学问题结构静力分析用于确定静载荷引起的结构位移、应力和应变等效应。静力分析不考虑惯性和阻尼等随时间变化载荷的影响。静力有限元分析

5、中物体不能有刚体位移，也就说说不能考虑物体的运动。其中静力学问题的基本方程是KP式中：K为总体刚度矩阵；为总体节点位移矩阵；P为总体载荷矩阵。1.2有限元中的动力学问题静力分析中只考虑静载荷，动力学分析考虑动载荷对结构的影响，与静载荷不同的是，动载荷是与时间有关的载荷。在动载荷作用下，结构上相应的位移、应力和应变不仅随空间位置变化，而且随时间变化。动力学分析与静力学分析最重要的区别是，动力学分析考虑惯性和阻尼的影响。动力学分析是用来确定惯性（质量效应）和阻尼起着重要作用时结构或构件动力学特性的技术。动力有限元分析中物体可以有刚体位移，也就是说

6、动力有限元能考虑物体的运动。其中动力学问题的基本方程是M()tCt()Kt()Pt()式中：K为总体刚度矩阵；M为总体质量矩阵；t为节点位移矩阵；t为节点位移矩阵；t为节点位移矩阵；Pt为总体载荷矩阵；2多体动力学软件2机械领域中多体动力学软件与有限元软件的区别多体系统动力学是研究多体系统（一般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成）运动规律的科学。它主要研究研究在力作用下，物体的运动（坐标、位移、速度以及加速度）与运动中产生的力的关系。多体系统动力学包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学。2.1多刚体动力学问题对于

7、多刚体系统，从20世纪60年代到80年代，形成了两类不同的数学建模方法，分别是拉格朗日法和笛卡尔法。拉格朗日法是一种相对坐标方法，以Roberson-Wittenburg方法为代表，是以系统每个铰的一对邻接刚体为单元，以一个刚体为参考物，另一个刚体相对该刚体的位置由铰的广义坐标（又称拉格朗日坐标）来描述，广义坐标通常为邻接刚体之间的相对转角或位移。这样开环系统的位置完全可由所有铰的拉格朗日坐标阵所确定。其动力学方程的形式为拉格朗日坐标阵的二阶微分方程组，即Aqtq(,)Bqqt(,,)式中：q为所有铰的拉格朗日坐标阵。笛卡尔法是一种绝对坐标方法，

8、以系统中每一个物体为单元，建立固结在刚体上的坐标系，刚体的位置相对于一个公共参考基进行定义，其位置坐标（也可称为广义坐标）