204 Altair MotionSolve多体动力学工程应用与解决方案_v2023

许光浩

产品体系综述

主要应用方向

产品功能与亮点

工程应用与成功案例

总结

产品体系综述

建模

MotionView

求解

MotionSolve

后处理

HyperView & HyperGraph

优化

HyperStudy

运动学分析

动力学分析

静态和准静态分析

LF NVH

多物理场分析

Bulk Material Interaction

MotionSolve ™ + EDEM™

Plastic Deformation

MotionSolve ™ + OptiStruct ™

Real-time Simulation

主要应用方向

装配体的运动特性

量化实现预期运动所需的载荷

计算动态应力和应变

系统能耗优化

系统振动分析

产品功能与亮点

基础功能

界面简洁直观

形象的建模工具

简化的建模流程

自动识曲面中心、圆心、中点、端点、向量辅助建模

支持 直接 导入主流 CAD 、 FE 格式 文件

CAD 部件合并自动质量、质心、铰接关系

丰富的约束库

高级约束

柔性铰接

关联连接

Revolute

Cylindrical

Translational

Spherical

Planar

Universal

Fixed

Screw

In Line

柔性体生成方便快捷

支持多种格式的柔性体

MotionSolve

Adams

Simpack

RecurDyn

……

大规模柔性体缩减技术

缩减单元应力应变

缩减单元模态

缩减约束自由度

特征线法

柔性体可考虑分布式载荷

OptiStruct 生成 CMS 柔性体

多体分析中由 CMS 柔性体代替刚体

考虑几何非线性和材料非线性

自动进行网格划分

参数化子系统快速建模

MBD 分析中计算非线性应力应变

ANCF(Absolute Nodal Coordinate

Formulation) 方法

前后处理

全新的接触网格自动划分技术

网格水平人为可控更贴合实际

接触法向力、切向力、合力结果

穿透深度、穿透速度结果

相对滑动速度结果

云图、向量、曲线等

3D Contact

Impact method 增强

Poisson method 增强

Volume Force method 更加符合物理实际

计算结果更加平顺

2D Contact

2D VS 3D 接触 2 – 10 倍加速

CAD 几何提取接触曲线

支持手动创建接触曲线

Define Contact

Normal flexbody

Predictive run

Contact loadset

New flexbody with contact modes

FMU 模型导入导出

FMU 数据交换

FMU 联合仿真

FMU 模型检查

“ Vehicle.fmu ”

3D Rigid Bodies

Flexible bodies

Point Masses

2D Rigid Bodies

Mixed 2D-3D systems

Diff. Equations

Variables

LSE

GSE

TFSISO

Lower Pair Joints

Joint Primitives

Higher Pair Joints

Motions

Couplers

Gears

User Constraints

3D Contact

Beams

Bushings

Fields

Spring Dampers

Sforce

Vforce

Vtorque

Gforce

Subroutines

Expressions

Matrices

Requests

Composite elements

User Expressions

New Subroutines

Python Scripting

Co-simulation

Parallel processing

Free PAC2002 Tire

Partner Ecosystem

Deformable Curve

Deformable Surface

PtDCv

PtDSf (force/constr.)

Force_StateEqn

Geometry constraints

. . .

兼容 Adams

ADM

ACF

User-Subroutines

专业工具箱

0.8G 向前制动

Load Export 工具

载荷结果可直接输出为 OptiStruct /Nastran 读取的文件格式，或者通用文本格式。

解析软土模型

离散元软土模型

Track Builder

刚性土壤

建立履带系统，包括链轮，滚轮，惰轮，张紧器，车轮和滑轮。该工具与软土模型、刚性路面联合仿真。

板簧参数化建模

自由板簧装配功能

考虑各片簧间接触和摩擦

自动生成板簧子系统

试验仿真输出载荷位移曲线

Download from Altair Market Place

机械工具箱提供了一系列机械组件，用于轴承、齿轮系、齿轮箱、发动机等机械系统的建模。
该扩展模块可以在 Altair Market Place 下载，可通过扩展管理器集成在 MotionView 中。
加载后，可在 Entity Browser 中找到。

圆柱滚子轴承

圆锥滚子轴承

深沟球轴承

角接触球轴承

轴承库包含 4 种不同的类型，覆盖大多数使用范围。
每个轴承都由内滚道和外滚道组成，并通过非线性弹簧阻尼器相互连接。对于点接触（滚珠），采用赫兹方法，对于线接触（滚子），采用 Palmgren 公式进行计算。

齿轮工具箱由 3 种类型的齿轮组组成，旨在加速建模过程，简化 CAD 导入、网格生成和接触的定义。

齿轮参数化建模生成 2D 网格，内部自动填充 3D 网格，并利用 3D Contact 计算 。

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Altair romAI

基于深度学习的降阶建模工具

成就数字孪生系统建模核心

模型降阶加速复杂系统耦合仿真及优化设计

多物理场耦合

Functional Mockup Units

EDEM (discrete element method)

OptiStruct (finite element method)

User defined Sub-Routines

AcuSolve (computational fluid dynamics)

Activate (multidisciplinary system analysis)

Simulink

VEOS

MotionSolve 内置常用控制系统

可与 Simulink/Activate 联合仿真完成机械控制一体化仿真

接触非线性分析

MotionSolve 多体分析输出接触载荷

HyperMesh 接触载荷加载有限元模型

OptiStruct 进行强度计算

直接耦合

运动数据交换

载荷数据交换

实时交互数据

洗衣机平衡圈分析

多体提取位移信息，导入到流体模型，流体计算场分布及平衡力

MBS 与 CFD 模型不断交互位移和载荷信息，实时耦合

电

机构动力学

驱动载荷

位移、速度

等运动

电磁分析

控制程序

结构

刚强度与疲劳

提载

柔性体

系统控制

执行单元电机等

平衡车系统分析案例

动力学分析（平衡车姿态和载荷关系）

轮胎地面接触（使用 MFTire 轮胎）

电磁分析（ Flux 电机模型）

控制系统设计

耦合流程：

MotionView 中建立多体系统模型

EDEM 建立散料模型

MotionView 与 EDEM 共享相关的几何

自动创建两者的数据交换

数据交换：

MotionSolve 计算设备的位置和速度，传递数据给 EDEM

EDEM 更新部件的运动信息，计算散料颗粒之间的接触力，以及与设备之间的接触力，传递载荷数据给 MotionSolve

MotionSolve 获取新的载荷后计算系统的运动，更新位置和速度信息

经过验证的土壤模型

190 万颗粒量

30 km/h

25 km/h

15 km/h

沙地越野车行驶性能分析

车辆动力学平台

摩托车 & 电瓶车

乘用车

商用车 & 客车

车辆子系统

流程化装配向导结合模型库和模块化工具快速创建车辆模型

标准化分析模板快速创建和执行国内外行业标准分析工况和事件

专业化工具箱支持车辆多物理场和多性能验证

自动化报告模板一键生成计算结果和分析报告

Extension Manager 加载 Vehicles Tools 车辆建模分析工作区

模型库

车辆装配向导

标准分析库

车辆组件库

车辆工具箱

前悬架系统

后悬架系统

转向系统

副车架

动力总成

传动系统

制动系统

稳定杆

控制器

……

向导类型选择

流程化装配模型

新的组件库取代了之前的 Auto Entities 。

新界面采用引导栏、微型对话框和对象编辑器建模。

组件库

引导栏 用于将组件连接到模型

微型对话框用于快速编辑主要参数

对象编辑器修改组件参数

新的标准分析库取代了之前的 Auto Events 。

包含 17 个乘用车、商用车和客车分析工况， 16 个两轮车和三轮车分析工况， 3 个通用分析工况。

两轮车和三轮车工况

通用工况

对象编辑器修改分析参数

乘用车和商用车工况

车辆示例中包含 8 款整车车辆模型。

UTV 车辆示例展示了适用于越野工况的新型悬架结构和参数。

履带式 APC 车辆示例使用新的双销履带，模拟车辆在有障碍物的软土路面上行驶。

工程应用与成功案例

刚强度和疲劳耐久性能评估

柔性部件

柔性轮胎

动态载荷

静态载荷

刚强度分析

疲劳分析

操纵稳定性和平顺性分析

蛇形试验

转向盘角阶跃

转向盘角脉冲

转向回正

稳态回转

转向轻便性

……

控制系统设计与验证

整车智能控制系统

ACC 、 AEB 等高级辅助驾驶系统

子系统控制系统

子系统开发与优化

设计验证

灵敏度分析

参数优化

主要应用

车门车盖动力学分析

座椅系统载荷分析

刹车系统 NVH 分析

雨刮系统动力学分析

悬置系统解耦分析

转向系统 NVH 分析

传动系统载荷分析

MotionSolve in Toyota

“Altair and Toyota complete years of extensive collaboration to create a robust end-to-end virtual durability solution.”

车辆动态分析和实验验证

载荷 / 应力 / 疲劳

多体模型

疲劳载荷 / 应力历程

疲劳寿命

The Corporate Standard for Vehicle Modeling

使用 MotionView / MotionSolve 进行基于虚拟路面的疲劳载荷计算

前悬架系统为麦弗逊式，考虑该模型后续要进行动态工况仿真，为充分考虑底盘零部件的微小变形对载荷的影响，这里对摆臂、副车架和减震器活塞杆进行了柔性化建模处理，而且在模型中也考虑了轮毂及转向系统的刚度。 悬架运动学 K 特性及弹性运动学 C 特性吻合度高。

后悬架系统为板簧式非独立悬架，该模型中后桥壳为柔性体，同样在轮心处也考虑了轮毂柔度。悬架运动学 K 特性及弹性运动学 C 特性吻合度高。

航空航天

舱门机构分析

机翼机构分析

起落架分析

卫星帆板展开

气动载荷映射

系统动力学分析

机械重工

最大工作载荷分析

最大运动行程分析

液压系统设计

部件载荷分析

系统运行优化

3D Contact 分析

电子家电

机器人动力学分析

机器人控制系统设计

洗衣机动平衡问题

洗衣机 NVH 分析

控制系统设计

3D Contact 分析

其他

轨道车辆

机床

风电

船舶

生物科学

文体娱乐

项目挑战

门梯合一式登机门是飞机舱门设计最复杂、功能要求最严格的部件；

考虑零件在运动过程中的柔性变形，得到更贴近实际的仿真结果；校核零件在运动过程中的强度刚度。

解决方案

MotionSolve ：机械系统的多体动力学建模

OptiStruct ：柔性体建模

仿真结果

整个仿真过程持续 20 秒

包括手柄开启门锁运动、门体放下运动、门体提升运动、手柄关闭门锁运动。

柔性体门体使得仿真更加精确

项目挑战

准确模拟卫星帆板展开过程

准确模拟部件的动态载荷

准确分析系统的动力学响应和稳定性

考虑控制系统

解决方案

MotionSolve ：机械系统的多体动力学建模

Activate ：控制系统建模

OptiStruct ：柔性体建模

价值

模拟空间真实载荷下系统的动力学特性

分析部件的高应力区域进行设计的改进

检验锁定机构的设计合理性

控制系统设计

减少实验次数，缩短研发时间

帆板展开过程各接头载荷

帆板展开过程应力变化

运用 EDEM 建立 物料的 离散元模型， Activate 建立液压系统模型， MotionView 建立整机机构模型， 建立更加真实的工作场景进行 作业过程分析，并借助 HyperLife 进行部件的疲劳性能分析。

主要应用：

多学科集成仿真整个作业过程

分析液压助动器及各部件的动态载荷

分析部件的动态应力

根据动态载荷评估部件的疲劳性能

分析作业装置的装载率和磨损状况

装载机多学科模型

液压系统作业载荷

作业过程仿真及动态应力

运动学分析

部件干涉状况

作业过程

载荷分析

控制及稳定性

总结

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Altair 提供全面的多体系统仿真方案

机构系统建模

复杂场景仿真

多学科联合仿真

丰富的工程应用案例