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解決方案
多體動(dòng)力學(xué)仿真關(guān)鍵技術(shù)的研究
本文主要介紹了作者從事CAE領(lǐng)域中通過與客戶交流以及自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)具體問題提出相應(yīng)的解決方案，涉及到常見的技術(shù)問題以及當(dāng)前主流或未來趨勢(shì)的關(guān)鍵解決技術(shù)。主要涉及到CAD模型轉(zhuǎn)換技術(shù)、摩擦力計(jì)算、聯(lián)合仿真技術(shù)以及運(yùn)動(dòng)過程中的強(qiáng)度分析。
CAD轉(zhuǎn)換是我們?cè)谶M(jìn)行CAE求解計(jì)算式第一個(gè)要考慮的問題，目前的ACE軟件只接受中間格式的CAD模型，導(dǎo)致幾何與原始模型會(huì)有輕微的變化或者帶來其他的問題，造成不必要的麻煩，該小節(jié)分析了目前CAD模型轉(zhuǎn)換的現(xiàn)狀以及存在的問題，并針對(duì)這些問題提出了關(guān)鍵的解決技術(shù)。
現(xiàn)狀及存在的問題：
CAE軟件導(dǎo)入幾何數(shù)模時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，無法導(dǎo)入。這種問題可能是由于版本的限制問題，比較好解決，用CAD軟件把這些幾何用iges格式輸出處理一下就可以了。但這種問題也可能是幾何數(shù)模中存在嚴(yán)重錯(cuò)誤所致，這就需要修改模型了。
導(dǎo)入幾何模型后發(fā)現(xiàn)有些曲面無法導(dǎo)入，這樣模型就會(huì)缺少一些比較重要的面，或者曲面存在縫隙、重疊、錯(cuò)位等缺陷，對(duì)較復(fù)雜的模型這種問題是經(jīng)常性的。邊界錯(cuò)位經(jīng)常引起網(wǎng)格扭曲，導(dǎo)致單元質(zhì)量不高，求解精度差。
導(dǎo)入的模型很完整，沒有錯(cuò)誤。但是由于CAE分析和CAD設(shè)計(jì)的思想不同，會(huì)產(chǎn)生一些兩難的問題。CAD設(shè)計(jì)主要是為生產(chǎn)服務(wù)的，模型中通常會(huì)包含某些細(xì)微特征，例如曲面和邊的倒圓、小孔。進(jìn)行分析時(shí)如果要準(zhǔn)確模擬這些特征，需要用到很多小單元，導(dǎo)致求解時(shí)間過長(zhǎng)。
由于現(xiàn)有的CAE工具支持的模型為通用的中性格式，已經(jīng)由原來的CAD工具轉(zhuǎn)換成中性格式（step stl等），這些中性格式大都是由三角面片構(gòu)成，對(duì)于高精度的計(jì)算仿真，這些中性格式的數(shù)據(jù)不完全準(zhǔn)確，點(diǎn)與點(diǎn)的距離在這些格式中變成三角面片與三角面片的距離，造成精度誤差。
關(guān)鍵解決技術(shù)：
幾何清理，使用幾何清理技術(shù)可以將精度高、對(duì)結(jié)果影響不大的小單元進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，減少不必要單元的數(shù)量，加快計(jì)算速度，減少求解時(shí)間。
Add-In Transfer（模型直接轉(zhuǎn)換），模型直接轉(zhuǎn)換技術(shù)，是獲得原始CAD模型的內(nèi)核進(jìn)行。從而使得CAE軟件能夠直接讀取CAD原始模型，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上可采用Add-In Transfer插件的形式，將CAD軟件與CAE軟件直接關(guān)聯(lián)，從而更進(jìn)一步解析CAD原始模型。當(dāng)然，完全解析CAD原始模型需要內(nèi)核的支持，該項(xiàng)技術(shù)已在國(guó)外有了逐漸的發(fā)展。
幾何模型數(shù)據(jù)定義，幾何模型數(shù)據(jù)定義主要解決目前由于模型轉(zhuǎn)換中出現(xiàn)的尺寸偏差問題，由于目前的CAE軟件支撐的CAD模型大都采用三角面片的形式進(jìn)行讀取，由于精度問題，會(huì)造成三角面片與原始數(shù)據(jù)存在偏差，在進(jìn)行相關(guān)的CAE計(jì)算時(shí)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)問題。為防止這一問題的出現(xiàn)，采用幾何定義的方式進(jìn)行保證數(shù)據(jù)的可靠性。
由于工程與學(xué)術(shù)上存在著一定的區(qū)別，在學(xué)術(shù)中摩擦力計(jì)算本身就是一門不精確的學(xué)科，根據(jù)學(xué)術(shù)目前的摩擦力計(jì)算公式在一定程度上只能解決部門工程問題，計(jì)算摩擦力的前提就需要知道摩擦系數(shù)，在當(dāng)今學(xué)術(shù)不斷發(fā)展的進(jìn)程中，摩擦力計(jì)算還會(huì)涉及到速度等一些其他問題，如何解決工程應(yīng)用中摩擦力問題已經(jīng)給多體動(dòng)力學(xué)分析軟件提了一個(gè)大大的難題。在建立摩擦力模型時(shí)已經(jīng)需要考慮當(dāng)前的環(huán)境因素，從而建立最準(zhǔn)確的摩擦力。
現(xiàn)狀及存在的問題：
接觸力計(jì)算問題，接觸力是當(dāng)前學(xué)術(shù)公認(rèn)的與摩擦力關(guān)系最大的影響因素之一，如何建立準(zhǔn)確的接觸力計(jì)算模型，已經(jīng)影響到最終的計(jì)算結(jié)果是否正確。
摩擦力計(jì)算，摩擦力計(jì)算在學(xué)術(shù)中屬于不精確學(xué)科，這就更需要工程實(shí)踐的支持，大多數(shù)的摩擦模型需要根據(jù)當(dāng)前的計(jì)算環(huán)境進(jìn)行建模。如何準(zhǔn)確的計(jì)算出工程應(yīng)用的摩擦力，目前并沒有較好解決技術(shù)。只能根據(jù)企業(yè)的工程實(shí)踐應(yīng)用的不斷積累，建立屬于針對(duì)某一領(lǐng)域的計(jì)算模型，才是解決摩擦力計(jì)算的解決方法。
對(duì)于擁有較龐大的系統(tǒng)會(huì)涉及到聯(lián)合仿真技術(shù)，聯(lián)合仿真 主要是解決全虛擬仿真技術(shù)或半實(shí)物仿真技術(shù)。在工程應(yīng)用過程中，對(duì)于工程師而言搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)是最麻煩的一件事，需要解決平臺(tái)間的通信問題與數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，因此需要搭建一個(gè)平臺(tái)與平臺(tái)間的橋梁進(jìn)行信息處理，保證數(shù)據(jù)的有效傳輸與數(shù)據(jù)的兼容性。
現(xiàn)狀及存在的問題：
搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)版本約束，目前搭建聯(lián)合仿真平臺(tái)最大的約束是軟件與軟件間的版本問題，例如matlab與adams的聯(lián)合仿真需要嚴(yán)格的版本約束，而且較為復(fù)雜的聯(lián)合仿真由于版本間不知名的問題會(huì)困擾工程師，增加工程師的工作，需要大量的時(shí)間去解決問題。
平臺(tái)間的通信和調(diào)度問題，聯(lián)合仿真是各個(gè)軟件間的通信與調(diào)度問題，如果軟件A的數(shù)據(jù)與信息無法傳遞給軟件B，聯(lián)合仿真將無法進(jìn)行，解決平臺(tái)間的有效通信與調(diào)度問題是聯(lián)合仿真的首要問題。如matlab與adams聯(lián)合仿真經(jīng)常會(huì)遇到的問題，在聯(lián)合仿真開始后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)找不到ADAMS服務(wù)器的提示，這是因?yàn)锳DAMS和Simulink聯(lián)合仿真的通信和調(diào)度，如果simulink找不到它，則仿真不能進(jìn)行。
關(guān)鍵解決技術(shù)：
swPlant無縫封裝接口，通過將數(shù)據(jù)通信接口進(jìn)行集成封裝，不要求平臺(tái)間的版本問題，通過簡(jiǎn)單設(shè)置即可完成聯(lián)合仿真平臺(tái)的搭建。swPlant完全支持兩個(gè)軟件間的即時(shí)通訊，可以保證聯(lián)合仿真過程中的數(shù)據(jù)有效性。
運(yùn)動(dòng)過程中的強(qiáng)度分析
當(dāng)前大多數(shù)CAE工具只能做靜強(qiáng)度的計(jì)算分析，運(yùn)動(dòng)過程中的強(qiáng)度分析計(jì)算能力較差，需要軟件有兩大計(jì)算能力才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)過程的強(qiáng)度分析：一是能夠自動(dòng)分析物體運(yùn)動(dòng)過程中的受力分布情況；二是通過自動(dòng)的受力分布進(jìn)行實(shí)時(shí)的網(wǎng)格劃分，需要軟件有足夠的計(jì)算速度與計(jì)算優(yōu)化能力。
現(xiàn)狀及存在的問題：
運(yùn)動(dòng)過程中受力分析，關(guān)于運(yùn)動(dòng)過程中的強(qiáng)度分析，需要軟件能夠完成在運(yùn)動(dòng)過程中body的受力情況，能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算出當(dāng)前的受力分布情況。
網(wǎng)格自動(dòng)劃分，通過根據(jù)受力分布情況進(jìn)行自動(dòng)的網(wǎng)格劃分，通過自動(dòng)的網(wǎng)格劃分要保證網(wǎng)格的質(zhì)量與節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
關(guān)鍵解決技術(shù)：
H-Adaptive自適應(yīng)網(wǎng)格劃分技術(shù)，能夠通過當(dāng)前的受力分布情況，自動(dòng)劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格疏密程度能夠智能地根據(jù)受力分布進(jìn)行智能的區(qū)域劃分。
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