RecurDyn多体动力学仿真基础应用与提高电子书

内容简介

머리말

序（译文）

前言

第1章 多体动力学及虚拟样机技术

1.1 多体系统动力学研究状况

1.1.1 多刚体系统建模理论

1.1.2 刚柔耦合多体系统动力学的进展

1.1.3 模态柔性体建模原理

1.1.4 有限元柔性体建模原理

1.2 多体系统动力学建模与求解

1.3 虚拟样机技术

1.4 多学科仿真技术

1.5 RecurDyn软件概述

1.5.1 RecurDyn软件简介

1.5.2 RecurDyn V8R1基本模块

1.6 RecurDynV8R1的安装启动

1.6.1 RecurDynV8R1的安装

1.6.2 RecurDyn文件系统

1.7 本章小结

第2章 RecurDyn工作界面及基本功能

2.1 RecurDyn仿真的基本步骤

2.1.1 建模和仿真的步骤

2.1.2 多体动力学仿真的基本概念

2.2 启动RecurDyn

2.2.1 启动RecurDyn/Moder

1. 创建新模型

2. 打开已有的模型

2.2.2 RecurDyn/Moder的工作界面

2.2.3 RecurDyn的工作界面新旧版本的比较

1. 文件菜单“File”新旧版本的对比

2. 编辑“Edit”命令的比较

3. “View”命令中的工具条命令“Toolbars”

4. 视图控制“View Control”

5. 视图中的渲染模式“Rendering Mode”

6. 工作平面“Work Plane”

7. “Subentity”菜单

8. “Analysis”命令

9. “Tool”菜单对比

10. 后处理“Polt”

11. 帮助文件

2.3 RecurDyn工具主菜单

2.3.1 File文件菜单

2.3.2 Home本地菜单

1. 粘贴板（Cilpboard）

2. 工作平面（Working Plane）

3. 测量（Measure）工具

4. 工具（Tools）

5. 窗口（window）

6. 仿真模型设定（Model setting）

2.3.3 SubEntity参数化建模菜单

1. Parameter

2. Expression

3. 方程式（Equation）

4. 设计研究（Design Study）

5. 材料（Material Property）

2.3.4 Analysis分析菜单

2.3.5 Professional专业菜单

2.3.6 Flexible柔性体建模工具菜单

2.3.7 Durability疲劳分析菜单

2.3.8 CoLink控制建模工具菜单

2.3.9 AutoDesign优化设计工具菜单

2.3.10 Communicator通信接口工具菜单

2.3.11 Toolkit行业子系统建模工具菜单

2.3.12 ProcessNet二次开发工具菜单

2.4 RecurDyn的工具栏

2.4.1 RecurDyn的视图控制工具

2.4.2 RecurDyn模型显示模式（Rendering Mode）工具

2.4.3 工作平面设定（Working Plane Setting）工具

2.4.4 RecurDyn图层控制命令

2.4.5 RecurDyn其他建模工具

2.4.6 RecurDyn切割显示工具

2.4.7 RecurDyn快速访问命令

2.4.8 RecurDyn右击快捷命令

2.5 本章小结

第3章 RecurDyn的几何建模

3.1 RecurDyn的实体建模

3.1.1 RecurDyn编辑模式

1. 模型编辑模式（Model-Editing）

2. 子系统编辑模式（Subsystem-Editing）

3. 部件（体）编辑模型（Body-Editing）

4. 轮廓编辑模式（Profile -Editing）

3.1.2 RecurDyn的坐标系统

3.1.3 RecurDyn创建基本几何体

1. Marker

2. RecurDyn/Modeler提供的常用基本形体图库

3.1.4 RecurDyn创建复杂几何体

3.1.5 Ground建模

3.1.6 外部几何模型的导入

3.1.7 几何体的复制

3.2 体属性的修改

3.2.1 体几何形状的修改

1. 简单几何体

2. 复杂几何体

3.2.2 体特性的修改

1. 体名称的修改

2. 体外形色彩特征的修改

3. 初始位置和方向的修改

4. 质量、转动惯量的修改

5. 质心、初始速度的修改

3.2.3 体几何位置的修改

1. 基本位置调整方法（Basic）

2. 高级位置调整方法（Advance）

3.3 RecurDyn建模实例

3.3.1 机械手实体建模

1. 启动程序，设置工作平面

2. 创建构件1-机架

3. 创建活动杆

4. 创建连接横梁

5. 左、右上连杆的的建模

6. 左右连接板的建模

7. 左右机械手指的建模

8. 左、右下连杆的建模

3.3.2 RecurDyn曲柄摇杆机构建模

1. 启动RecurDyn设置模型

2. 设置工作平面

3. 建立构件

4. 调整构件

5. 设置机构组件的物理属性

3.3.3 RecurDyn几何模型的导入

1. 启动RecurDynV8R1设置文件名称

2. 设置工作平面

3. 导入模型

4. 修改属性

3.3.4 RecurDyn几何模型零部件的隐藏

3.4 本章小结

第4章 约束及载荷

4.1 RecurDyn中运动副的建模

4.1.1 约束种类及简介

1. 常用铰及功能

2. 基本约束

3. 高副约束

4.1.2 创建约束

4.1.3 添加驱动

1. 创建标准驱动的一般过程

2. 在RecurDyn中创建用户自定义程序驱动过程

4.1.4 定义摩擦

1. 旋转副摩擦的定义

2. 平动副摩擦的定义

3. 圆柱副摩擦的定义

4. 球铰摩擦的定义

4.1.5 定义运动副需要注意的几个问题

4.2 运动副、驱动及柔性连接创建实例

4.2.1 运动副的添加实例一

1. 启动RecurDyn设置建模环境

2. 导入机械手装配实体模型

3. 工作平面设置

4. 创建构件的任意一个旋转副

5. 创建其他旋转副

6. 创建固定副

7. 创建平移副

8. 创建驱动

4.2.2 运动副的添加实例二

1. 启动RecurDyn/Modeler

2. 导入机械手装配实体模型

3. 工作平面设置

4. 合并直齿轮2、锥齿轮1和齿轮轴体

5. 建立直齿轮传动的方向坐标系

6. 创建锥齿轮齿轮副

7. 创建驱动

4.2.3 关于约束冗余

1. 带入虚约束而导致过约束

2. 平面机构的过约束问题

3. 空间机构的约束冗余

4.3 本章小结

第5章 模型施加载荷

5.1 基本概念

5.1.1 创建外力

1. 定义力的类型

2. 定义力的方向

5.1.2 创建特殊力

1. 重力

2. 轮胎力

5.1.3 柔性连接

2. 扭转弹簧阻尼器（Rot.Spring）

3. 衬套力（Bushing）

4. 柔性梁（Beam）

5. 平面力（Plate）

5.2 RecurDyn建模常用技巧

5.2.1 导航按钮

5.2.2 图层的使用

5.2.3 常用操作技巧

1. 复制粘贴的偏置设置

2. 复杂对象的选取

3. 自动连续操作

4. 退出当前的操作环境，返回上一级的操作环境

5. 隐藏功能的使用

6. 终止当前的操作

7. 删除无用的Marker点

8. 体的透明显示

9. 进入体编辑模式

10. 加速度的设置

11. 建模过程中矢量方向的选取

12. 建模过程中建模方法的选择

13. 多个对象属性的修改

14. 数据库窗口拖拽导航功能的使用

15. 状态提示信息的使用

16. 运动副运动方向的确定

17. 常用快捷键的使用

5.3 添加载荷实例

5.3.1 定义载荷实例一

1. 启动RecurDyn设置建模环境

2. 导入压气机装配实体模型

3. 工作平面设置

4. 创建旋转副

5. 创建平移副

6. 创建固定副

7. 设置工作阻力

8. 创建驱动

9. 添加摩擦

10. 创建柔性连接

5.3.2 定义载荷实例二

1. 启动RecurDyn/Modeler

2. 工作平面设置

3. 实体建模

4. 创建大齿轮与机架（大地）的固定副

5. 创建旋转副

6. 创建齿轮副

7. 设置驱动

8. 设置阻力

9. 创建样条曲线

10. 添加非线性弹簧力

5.4 本章小结

第6章 仿真分析

6.1 仿真类型

6.1.1 动力学/运动学分析

1. General选项卡

2. Parameter选项卡

6.1.2 静力学分析

6.1.3 Eigenvalue特征值分析

6.1.4 Pre Analysis预分析

6.1.5 Frequency Response Analysis频率响应分析

6.1.6 Scenario脚本仿真

6.1.7 仿真控制

6.2 RecurDyn的测量工具

6.2.1 RecurDyn /Request的输出请求

1. 定义标准输出请求（Standard Request）

2. 定义表达式输出请求（Expression Request）

3. 定义用户子程序输出请求（User Request）

4. 定义模态柔性体输出请求（Rflex Request）

6.2.2 RecurDyn/Scope

6.2.3 RecurDyn /Measure

1. 角度测量

2. 半径测量

3. 距离测量

4. 质量测量

6.3 本章小结

第7章 结果后处理

7.1 后处理基本用途

1. 模型调试

2. 试验验证

3. 设计方案改进

4. 结果显示

7.2 RecurDyn后处理的启动与退出

7.3 RecurDyn后处理界面

7.3.1 快捷命令菜单

7.3.2 File菜单

7.3.3 Home菜单

1. 数据的输入/输出（Import and Export）工具包

2. 编辑（Edit）工具包

3. 视图（View）工具包

4. 页面设置（Page）工具包

5. 绘图（Draw）工具包

6. 多轴绘图（Multiple Axes）工具包

7. 后处理设置（Settings）

8. 后处理的修改（Modify）工具包

7.3.4 Tool菜单

1. 分析工具包（Analysis）

2. 动画处理工具包（Animation）

3. 动画播放工具包（Animation Control）

4. 特征值动画播放工具包（Eigen Value Animation）

5. 工作平面设置（Working Plane）

6. 后处理视图工具（PlotView Toolbar）

7. 图表工具栏

8. 图表修改的其他操作

7.3.5 RecurDyn后处理数据库

1. Bodies

2. Force

3. Joint

4. FFlex Contact

5. Contact

6. Sensor

7. Request/Variable Equation/Differential Equation

7.4 螺旋推进器仿真及结果后处理

7.4.1 螺旋推进器仿真模型建模

1. 启动RecurDyn/Modeler

2. 导入螺旋桨推进器实体模型

3. 体的合并

4. 创建第二个叶片

5. 创建旋转副

6. 定义螺旋桨转动条件

7. 定义约束力

7.4.2 模型的预分析及其结果后处理

7.4.3 动力学/运动学分析及其结果后处理

1. 动画的录制过程

2. 使用Scope观察叶片根部转角的变化

3. 创建输出请求

4. 修改Prop_Blade 2上扭转弹簧的刚度及阻尼

5. 仿真结果的对比分析

7.4.4 特征值分析及结果后处理

7.4.5 时域内的特征值分析及结果后处理

7.4.6 脚本分析

1. 简单脚本仿真（1）

2. 简单脚本仿真（2）

7.5 本章小结

第8章 RecurDyn高级建模技术

8.1 RecurDyn的接触建模

8.1.1 RecurDyn的接触类型

1. 刚性体接触

2. 柔性体接触

8.1.2 RecurDyn的接触算法

8.1.3 RecurDyn的接触建模方法

1. 创建接触的过程

2. 同时创建多个接触

3. 扩展面接触（Extended Surface to Surface Contact）与面面接触（Surface to Surface Contact）

4. 多面面接触的使用

8.1.4 RecurDyn的接触信息设置

1. General选项卡

2. Characteristic选项卡

3. “Contact Geometry”选项卡

8.2 RecurDyn的子系统建模技术

8.2.1 子系统

8.2.2 子系统建模

8.2.3 子系统之间的建模操作

8.2.4 子系统的导入、导出操作

1. 子系统模型的导出

2. 子系统模型的导入

8.2.5 子系统的编辑操作

8.3 建模实例

8.3.1 接触建模仿真实例1——电泳杆干涉检验仿真

1. 建模分析

2. 建模过程

8.3.2 接触建模仿真实例2——锁紧机构运动分析

1. 问题描述

2. 模型分析

3. 建模过程

8.3.3 接触建模仿真实例3——齿轮传动精度对比分析

1. 启动RecurDyn

2. 导入模型

3. 平移几何体

4. 创建齿轮的旋转副

5. 添加驱动

6. 创建接触

7. 体接触计算求解

8. 删除体接触

9. 创建齿轮的Multiface

10. 创建齿轮的面接触

11. 面接触计算求解

12. 两次仿真结果的对比分析

8.3.4 子系统建模实例——机器人手臂运动仿真

1. 建立动作装置子系统

2. 建立工作装置子系统

3. 建立机器人整体动力学模型

8.4 本章小结

第9章 RecurDyn函数表达式

9.1 函数表达式创建

9.2 函数表达式中变量的使用

9.3 函数表达式的调用

9.4 函数表达式编辑

9.5 RecurDyn函数表达式的种类

9.5.1 基本数学函数（Fortran Functions）

1. 建立单摆模型

2. 创建表达式Ex1

3. 创建其他函数表达式

4. 创建输出请求

5. 创建驱动函数

6. 进行动力学仿真

7. 查看仿真结果

9.5.2 位移函数（Displacement Functions）

1. 线位移函数

2. 角位移函数

3. 欧拉角分量函数

9.5.3 速度函数（Velocity Functions）

1. 平移速度函数

2. 角速度函数

9.5.4 加速度函数（Acceleration Functions）

1. 平移加速度函数

2. 角速度函数

9.5.5 力（力矩）函数（Force and Torque Functions）

1. 平移力函数

2. 力矩函数

9.5.6 特殊力函数（Specific Force Functions）

9.5.7 传感器函数（Sensor Functions）

1. 返回值传感器函数SNSR

2. 其他传感器函数

9.5.8 IF函数（Arithmetic IF Function）

9.5.9 插值函数（Interpolation Functions）

9.5.10 变量和微分函数（Variables and Differential Equations）

1. VARVAL函数

2. 微分方程

9.5.11 预定义函数（Predefined Functions）

1. 切比雪夫多项式函数：CHEBY（x,a,b0,b1，…，b30）

2. 计算傅里叶余弦级数函数：FORCOS（x, x0,ω, c0, c1,…,c30）

3. 计算傅里叶正弦级数函数：FORSIN（x，x0，ω，c0，c1，…，c30）

4. 阶跃函数：STEP（x，x0，h0，x1，h1）

5. 阶跃函数：STEP5（x，x0，h0，x1，h1）

6. 单面碰撞函数：IMPACT

7. 双面碰撞函数：

8. 计算标准多项式函数POLY（x，a，b0，b1，…，b30）

9. 简谐响应函数SHF（x，x0，a，ω，Φ，b）

10. 半正矢阶跃函数：HAVSIN（x，x0，h0，x1，h1）

11. 扫略函数SWEEP（x，a，x0，f0，x1，f1，dx）

9.5.12 时间函数（Time）

9.5.13 应力/应变函数（Stress/Strain Function）

9.6 函数应用实例

9.6.1 函数应用实例1——挖掘机动力学仿真

1. 启动RecurDyn

2. 导入实体模型

3. 创建运动副

4. 消除约束冗余

5. 修改运动副的位置点

6. 创建运动函数

7. 调用驱动函数

8. 仿真查看结果

9. 使用STEP函数创建驱动函数

9.6.2 函数应用实例2——活塞机构动力学仿真

9.7 本章小结

第10章 模态柔性体建模

10.1 柔性多体系统动力学研究状况

10.2 基于模态柔性体刚柔耦合动力学仿真过程

10.3 RecurDyn模态柔性工作界面介绍

10.4 生成RFI文件

10.4.1 利用Nastran生成RFI文件

1. 启动Femap程序

2. 导入实体模型

3. 创建两个刚化主节点

4. 创建材料属性

5. 划分网格

6. 创建刚性连接

7. 创建分析集

8. 导出DAT和BDF文件

9. 修改导出的DAT文件

10. 利用NX Nastran求解生成RFI文件

11. 利用RFI文件生成柔性体

10.4.2 利用ANSYS生成RFI文件

1. 利用宏文件命令生成RFI文件

2. 利用模态分析生成RFI文件

10.4.3 编辑模态柔性体RFlexBody

10.4.4 RFlex仿真结果等值云图显示控制

1. Contour Option：用于对显示内容进程设置

2. Min/Max Option：设置显示的最大/最小值

3. Band Option：设置云图显示

4. Style Option：用于对云图显示风格进行设置

5. View/Reference Node：参考节点

6. Contour Data Trace：云图数据轨迹线

7. Contour ElementSet Selection：选择单元集显示云图

8. Export：输出仿真数据

10.4.5 RFlexBody应力振型界面

10.4.6 RFlexBody有限元载荷数据输出

1. 有限元计算载荷的输出

2. 疲劳分析界面Durability Interface

3. MDF文件输出MDF Export

4. 模态柔性体模态力RFlex Modal Force

5. 定义模态载荷实例

6. 定义模态力Modal Force

7. 定义模态预载荷Modal Preload

8. 模态柔性体的模态动态修正Dynamic Correction Mode

9. 梁单元Beam Element

10.5 本章小结

第11章 有限元柔性体

11.1 有限元柔性体FFlex概述

11.2 FFlex支持的单元类型

11.3 FFlex有限元柔性体建模

11.3.1 FFlex有限元柔性体建模环境

1. 模型的导入

2. FFlex单元类型及材料属性、边界条件

3. 有限元柔性体的编辑

4. 有限元柔性体编辑工具栏

5. 有限元柔性体单元规则

11.3.2 FFlex的网格划分工具Mesher

1. 进入网格划分环境（Mesh Mode）

2. RecurDyn/ Mesher建模环境

3. RecurDyn/ Mesher工具菜单

11.3.3 FFlex的Mesh Interface

11.3.4 FFlex有限元柔性体接触建模

1. 柔性接触类型

2. 有限元柔性体接触属性

3. 柔性面与柔性面的接触（FSurface To FSurface Contact）

4. 柔性面与刚性面的接触（FSurface To Surface Contact）

5. 球与柔性面的接触（Sphere To FSurface Contact）

6. 圆柱与柔性面的接触（Cylinder To FSurface Contact）

7. 柔性线与柔性面的接触（FCurve To FSurface Contact）

8. 柔性线与柔性线的接触（FCurve To FCurve Contact）

9. 柔性线与刚性面的接触（FCurve To Surface Contact）

10. 球与柔性线的接触（Sphere To FCurve Contact）

11.3.5 FFlex有限元柔性体载荷

1. 有限元柔性体的载荷类型

2. 载荷表达式

3. 载荷子程序

11.4 FFlex结果后处理

11.4.1 柔性体结果云图显示

1. Contour Option：对显示内容进程设置

2. Min/Max Option：用于对显示的最大最小值进行设置

3. Band Option：用于对云图显示进行设置

4. Style Option：用于对云图显示风格进行设置

5. View/Reference Node：参考节点

6. Contour Data Trace：云图数据轨迹线

7. Contour ElementSet Selection：选择单元集显示云图

8. Export：输出仿真数据

11.4.2 FFlex单元数据的输出

11.5 疲劳分析

11.6 本章小结

第12章 刚柔耦合仿真实例

12.1 模态柔性体在刚柔耦合动力学模型中的使用

12.1.1 装载机RFlex柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 创建约束

4. 创建样条曲线

5. 创建驱动函数

6. 仿真运算

7. 导出大臂实体模型

8. 启动ANSYS

9. 导入实体模型

10. 设置单元类型

11. 设置质量单元MASS21的实常数

12. 设置材料属性

13. 单元划分

14. 创建MainLink约束、柔性连接位置点处的质量单元

15. 创建以8个Mass21单元节点为主节点的刚化区

16. 设置求解参数

17. 读取宏文件进行计算

18. 查看结果文件

19. 生成RFI文件

20. 导入RFI文件创建柔性体，替换原刚性体

21. 生成应力应变振型

22. 仿真运算

23. 显示柔性体动画

12.1.2 焊接机器人RFlex柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 创建约束

4. 创建驱动函数

5. 将驱动函数赋给运动副

6. 仿真运算

7. 导出需要创建模态柔性体构件的实体模型

8. 启动ANSYS

9. 导入实体模型

10. 设置单元类型

11. 设置质量单元MASS21的实常数

12. 设置材料属性

13. 创建质量单元

14. 单元划分

15. 创建以两个质量单元所在节点为主节点的刚化区

16. 设置求解参数

17. 读取宏文件进行计算

18. 查看结果文件

19. 生成RFI文件

20. 重新命名RFI文件

21. 创建arm、shoulder的RFI文件

22. 创建刚柔耦合动力学模型

23. 分别生成三个模态柔性体的应力应变振型

24. 仿真运算

25. 结果后处理

12.2 有限元柔性体在刚柔耦合动力学模型中的使用

12.2.1 阀门凸轮机构的FFlex柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 创建约束

4. 创建弹簧力

5. 创建接触

6. 仿真运算

7. 结果后处理

8. 使用RecurDyn/Mesher对rocker进行单元划分

9. 创建输出节点集

10. 创建柔性接触

11. 仿真运算

12. 结果后处理

12.2.2 行星轮FFlex柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 创建约束

4. 创建齿轮接触的广义面FaceSurface

5. 创建接触

6. 创建行星轮2有限元信息文件

7. 导入实体模型

8. 设置单元类型

9. 设置质量单元MASS21的实常数

10. 设置材料属性

11. 创建质量单元

12. 单元划分

13. 创建以质量单元所在节点为主节点的刚化区

14. 输出ANSYS的*.cbd文件

15. 输入ANSYS的*.cbd文件，创建有限元柔性体

16. 创建柔性行星轮2与中心轮1、2的柔性接触

17. 仿真运算

18. 结果后处理

12.3 RecurDyn中两种柔性体仿真实例

12.3.1 发动机曲柄连杆机构柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 创建约束

4. 创建活塞与缸套的面面接触

5. 添加活塞的轴向力

6. 创建轴向力的函数曲线

7. 使用RecurDyn/Mesher对piston（活塞）进行单元划分

8. 输出曲轴、曲柄的实体模型文件

9. 运行程序

10. 导入实体模型

11. 设置单元类型

12. 设置质量单元MASS21的实常数

13. 设置材料属性

14. 单元划分

15. 创建bent_axle约束、柔性连接位置点处的质量单元

16. 创建以两个Mass21单元节点为主节点的刚化区

17. 设置求解参数

18. 读取宏文件进行计算

19. 生成RFI文件

20. crank（曲柄）构件的crank.rfi文件

21. 创建刚柔耦合动力学模型

22. 分别生成两个模态柔性体的应力应变振型

23. 仿真运算

24. 结果后处理

12.3.2 摩擦提升机柔性体动力学仿真

1. 设置建模环境

2. 导入实体模型

3. 建立驱动电机

4. 建立固定连接

5. 输出主轴实体模型文件

6. 启动ANSYS

7. 导入实体模型

8. 设置单元类型

9. 设置质量单元MASS21的实常数

10. 设置材料属性

11. 创建principal_axis约束、柔性连接位置点处的质量单元

12. 单元划分

13. 创建以三个Mass21单元节点为主节点的刚化区

14. 设置求解参数

15. 读取宏文件，计算

16. 生成RFI文件

17. 创建刚柔耦合动力学模型

18. 创建提升容器（罐笼）的子系统文件

19. 导入导轨模型文件

20. 创建导轨与提升容器上导轮的面—面接触

21. 创建提升钢丝绳的有限元柔性体计算模型

22. 创建提升钢丝绳的Patch Set

23. 创建其他三根提升钢丝绳的Patch Set

24. 创建提升钢丝绳与摩擦轮的线—面接触

25. 创建提升钢丝绳与提升容器的固定连接

26. 创建尾绳，以及与提升容器的固定连接

27. 设置提升容器的重量

28. 设置主轴的旋转速度函数

12.4 本章小结