动力学主要仿真软件.doc

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1、车辆动力学主要仿真软件1960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA，主要解决多自由度无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量－弹簧－阻尼”模型分析。作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。随着多体动力学的诞生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。1973年,美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAMS软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR刚性积分算法，采

2、用稀疏矩阵技术提高计算效率。1977年,美国Iowa大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。德国航天局DLR早在20世纪70年代，WilliKortüm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna（1977）、MEDYNA（1984），以及最终享誉业界的SIMPACK（1990）.随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业

3、需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MEDYNA软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACK软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。5同时，DLR首次在SIMPACK软件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。另外，由于SIMPACK算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发展了实时仿真技术。基于多体系统动力学原理的机车车辆分析软件在90年代初的发展已是如日中天。其中几个比较著名的软件如下：lME

4、DYNA软件MEDYNA软件是由德国航空航天研究所于1984年推出的多体系统模拟软件。D.Wallrapp，C.Futher，W.kortum等为此花了近十年的时间。该软件适用于铁路、公路车辆、磁悬浮车辆以及一般机械系统动态模拟计算，程序用Fortran77编写。其较早的版本均在文本环境中进行包括刚体数目、坐标位置、刚体间连结、外界激扰及输出变量等的定义，使用较为复杂。MEDYNA在绝对坐标系中定义系统后由程序自动完成系统方程的生成，通过选择不同的模块进行包括静力学、动力学、特征值、频域、随机振动、时域积分、准线性化等计算分析及数据和图形、动画的后处理功能。MEDY

5、NA的建模、计算功能极强，提供了带有FEM程序的弹性体前处理模块、广泛的线性分析方法以及较强的后处理模块。lVAMPIRE软件1989年，由英国铁路道比研究所推出的VAMPIRE软件，是专门针对铁路机车车辆系统开发的，软件具有自动建模功能，能完成包括轮对模拟、蠕滑力计算、轨道曲线、轨道不平顺输入以及动力学特性预测，程序也可以考虑车体的模态。软件采用相对坐标系，通过人机对话的方式来定义机车车辆结构的几何尺寸和参数，也可按规定格式输入数据文件，利用建模子程序，自动生成用矩阵形式表示的系统运动方程，給分析计算提供统一的模型。VAMPIRE建模比较方便，计算效率高，但仅能用

6、于不带刚性约束车辆系统分析计算，VAMPIRE侧重客车系统建模，计算功能全面。同样可以实现包括动力学、特征值、频域、随机振动、时域积分等计算分析及数据和图形、动画的后处理功能。5lNUCARS软件NUCARS软件是由北美铁路协会（AAR）下属的普韦布洛试验中心（TTC）开发的，其1.0版本在1989年面世，NUCARS软件也是应用多体系统动力学方法采用相对坐标系进行机车车辆系统的自动建模，由于其针对以货车为主的铁路机车车辆进行模拟计算，因此程序中镶嵌了货车所特有的斜楔减振器以及心盘、旁承等摩擦模块，而且程序不像MEDYNA那样庞大，Version2.1及以前的版本的

7、机车车辆系统数据准备均在文本环境中进行，在Version2.3的版本中增加了较强的可视化前后处理功能。NUCARS软件能够考虑车体的一阶模态，可以进行车辆系统的时域内的动力学数值积分分析，其缺点是不便于求解特征值问题。图4.1空车分析模型图4.2重车分析模型lADAMS软件ADAMS软件是世界上应用最广泛的机械系统仿真软件，由MechanicalDynamics公司的Chance、Orlandea等人于1981年最初推出的这一软件，能完成包括运动学、约束反力求解、特征值、频域分析、静力学、准静力学分析以及完全非线性和线性动力学分析，具有可视化的二维和三维建模能力