了解多体动力学和 Simpack

了解有关多体动力学（专注于由互连的刚体或柔性体组成的系统）和 Simpack（专门模拟多体系统）的更多信息。

多体动力学 （MBD）是一个力学领域，专注于由互连的刚体或柔性体组成的系统。通过研究这些物体的运动学和动力学行为，工程师可以预测系统将如何响应各种工作条件。

这种预测能力对于指导设计决策、优化性能和最大限度地减少对物理原型的需求至关重要。用于多体分析的最广泛使用的商业软件包之一是Dassault Systèmes SIMULIA Simpack，该公司专门仿真众多行业的多体系统。

但。。。什么是多体动力学 （MBD） 仿真？

多体动力学仿真使用数学和计算方法来研究单个体可能是刚性或柔性的系统。在后一种情况下，我们倾向于谈论柔性多体动力学。在后一种情况下，我们倾向于谈论柔性多体动力学。通过将柔性体整合到多体仿真中，我们可以通过详细说明仿真过程中施加在体上的应力来增强有限元分析。

模拟运动的软件

刚体在受到外力时不会变形，而软体则依靠有限元表示来捕获变形模式。这些组件通过 Joints 或 Forces 连接在一起，形成一个完整的系统。其基本目标是预测整个系统在受到外力、扭矩或施加的运动时如何运动。将运动方程与实际约束相结合，可以对系统进行整体建模，并研究不同载荷情况下的性能。

这种方法具有显著的优势，包括对复杂装配体进行更真实的仿真、系统级洞察零部件更改如何影响整体性能、减少物理原型设计以及改进设计优化。

Simpack 简介

Simpack 是 Dassault Systèmes SIMULIA 的一部分，是用于建模和分析高级多体系统的基础工具。该软件使工程师能够解决高度非线性和柔性体问题，模拟瞬态和稳态条件，并使用全面的后处理进行详细分析。Simpack 起源于 1980 年代后期的德国，现在被 40 多个国家/地区的客户使用。自最初开发以来，它已将其功能扩展到服务众多行业，并通过强大的求解器和专用工具包证明了其多功能性。

Simpack 等多体动力学软件的核心组件

在使用 Simpack 等工具进行多体系统仿真时，用户首先要定义或导入模型几何体，并分配质量和惯性属性。

Simpack 模型使用物体之间的“连接”来定义它们的运动。同时，可以添加弹簧、阻尼器或用户定义的平动电机等力单元来模拟真实世界的交互。

此外，还集成了摩擦模型、接触定义和高级交互（如齿轮或联轴器），确保系统的运动方程能够捕获所有相关的物理场，并能提供全面的解决方案。然后，Simpack 形成运动方程来表示系统，然后依靠一套处理常规和高度非线性问题的求解器进行求解。

后处理功能通过可视化时域响应、分析力或生成运动中系统的 3D 动画，帮助工程师解释结果。

但。。。是什么让 Simpack 如此具体？

这可能并不明显，但实际上，有几种可能的方法可以计算运动方程。多体求解器的历史方法是方程的形式将使用“绝对坐标”方法。我们的意思是，每个物体都将使用相对于固定“绝对”参考系的六个坐标来表示。然后，通过引入额外的方程（数学上称为“约束方程”）来消除自由度，从而连接各种物体。

这种绝对坐标方法最初是由多体研究人员构想的，并不是最佳方法。Simpack 背后的想法来自一种称为“相对坐标”的不同思路。使用这种方法，可以描述每个物体相对于其相邻物体的运动，要求解的坐标是物体之间的相对位置（和速度）。

使用这种方法，通过添加运动方程来为每个体提供自由度，并且可以部分删除“约束方程”。要求解的方程的总数往往较少，从数值角度来看，问题更直接。

而且，你猜怎么着......这是 Simpack