基于虚拟技术的悬架系统试验仿真分析本科生毕业设计

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1、天津职业技术师范大学2011届本科生毕业设计1绪论1.1引言随着社会的不断发展进步和人们生活水平的不断提高，自20世纪80年代以来，汽车作为不可缺少的交通工具，在交通运输领域和人民日常生活中的地位日益突出。国内、国际汽车市场的竞争空前激烈。用户对汽车安全性、行驶平顺性、操纵稳定性、乘坐舒适性的要求越来越高。然而，汽车本身是一个复杂的多体系统集合，外界载荷的作用复杂多变，人、车、环境三位一体的相互作用，致使汽车动力学模型的建立、分祈、求解始终是一个难题。基于传统的解决方法，需经过反复的样车试制、道路模拟试验和整车性能试验。如此

2、，不仅需花费大量的人力、物力、财力和漫长的时间。而且有些试验由于存在危险性而难以进行。ADAMS软件采用虚拟样机模拟技术，为上述问题提供了一种较好的解决方案。虚拟样机模拟技术可以用于指导和修正设计，按照并行工程的概念组织产品设计和生产，从而在真正意义上实现整车系统优化设计。数字化虚拟样机技术是缩短车辆研发周期、降低开发成本、提高产品设计和制造质量的重要途径。随着虚拟产品开发、虚拟制造技术的逐渐成熟，计算机仿真技术得到了广泛的应用。系统运动学／动力学仿真是数字化虚拟样机的核心和关键技术。为了降低产品开发风险，在样车制造出来之前

3、利用数字化样机对车辆的动力学性能进行计算机仿真分析和参数优化显得十分必要。1.2虚拟样机技术简介虚拟样机技术(Virtualprototypingtechnology)是一种在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统中零部件的CAD和FEA技术)揉和在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的新技术。它从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，较好地解决了传统设计与制造过程的弊端。在该技术中，工程设计人

4、员可以直接利用CAD系统所提供的各零部件的物理信息及其几何信息，在计算机上定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装配，从而获得机械系统的虚拟样机：使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动，并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析，观察并试验各组成部件的相互运动情况：可以在计算机上方便地修改设计缺陷，仿真并试验不同的设计方案：对整个系统进行不断改进，直至获得最优设计方案以后，再制做物理样机。34天津职业技术师范大学2011届本科生毕业设计虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟产品的整体运动

5、及受力，快速分析多种设计方案，实现对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到获得系统级的优化设计方案。虚拟样机技术的应用贯串在整个设计过程中，它可以用在概念设计和方案论证中。设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机内的虚拟样机里。让想象力和创造力充分发挥。当虚拟样机用来代替物理样机验证设计时，不但可以大幅度缩短开发周期，降低开发成本和风险，而且能明显提高产品设计质量和效率。复杂系统的力学模型是多个物体通过运动耐连接的系统，称为多体系统。虚拟样机技术源于对多体系统动力学的研究。20世纪60年代，古典的刚体力学、分析力学与

6、计算机相结合的力学分支——多体系统动力学在社会生产实际需要的推动下产生了。其主要任务是：①建立复杂机械系统运动学和动力学程式化的数学模型，开发实现这个数学模型的软件系统，用户只需输人描述系统的最基本数据，借助计算机就能自动进行程式化的处理；②开发和实现有效处理数学模型的计算方法与数值积分方法，自动得到运动学规律和动力学响应；③实现有效的数据后处理，采用动画显示、图表或其他方式提供数据处理结果。日前多体系统动力学已形成了比较系统的研究方法。其中主要有工程中常用的以拉格朗日方程为代表的分析力学方法、以牛顿欧拉方程为代表的矢量学方

7、法、图论方法、凯恩方法和变分方法等。由于多体系统的复杂性，在建立系统动力学方程时，采用系统独立的拉格朗日坐标将非常困难，而采用不独立的笛卡儿广义坐标比较方便；对于具有多余坐标的完整或非完整约束系统，用带乘子的拉氏方程处理是十分规格化的方法。导出的以笛卡儿广义坐标为变量的动力学方程是与广义坐标数目相同的带乘子的微分方程，还需要补充广义坐标的代数约束方程才能封闭。Chace等人用吉尔(Gear)的刚性积分算法并采用稀疏矩阵技术提高了计算效率，编制了ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanica

8、lSystem)程序。Hang等人研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法，编制了ADADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)程序。尽管虚拟样机技术的核心是机械系统运动学、动力学和控制理论，但没有成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，虚拟样机技术也不会