多体系统动力学应用于轻型客车数字化模型的研究.pdf

摘要
论文分类号 单位代码 10183
密级内部研究生学号 2990115




吉林大学
硕士学位论文




多体系统动力学应用于轻型客车
数字化模型的研究




作者姓名陈潇凯
专业车辆工程
导师姓名
及职称林逸教授

论文起止年月 2001 年 3 月至 2002 年 2 月
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摘要

提要
多体系统动力学技术作为主要的 CAE 分析手段在汽车设计和性能研究中的应用
日益广泛 CAD/CAM 技术在数字化模型建立中的应用也占据着主导地位为了使两者
结合起来更好地为汽车设计制造服务本文采用多体系统动力学应用于 CAD/CAM 软件
所建立的数字化模型平台对整车进行操纵稳定性和平顺性的研究
首先探讨了建立数字化分析模型所需参数的类型和获取形式为了得到各运动部
件的质量特性参数和尺寸参数利用 CAD/CAM 软件建立了整车的三维实体模型以此
为基础建立了初步的数字化分析模型
然后针对某国产轻型客车因前轮距加大而导致前悬架加宽改进课题的需要利用
多体系统动力学软件 ADAMS 建立了前悬架包括转向系的运动学模型进行了多种方案
的运动学分析根据各方案前轮定位参数的变化特性比较初步确定了前悬架加宽的改
变方案在这个加宽方案的基础上对转向梯形机构进行了优化设计并对转向系改变
后的运动学特性进行了校核分析这样就基本确定了前悬架的加宽方案
之后将整车分为前悬架转向系传动系后悬架和轮胎等子系统在分析各子
系统特点的基础上分别建立了子系统的动力学分析模型将其与车架车身等组装到
一起建立了整车的动力学分析模型根据仿真项目的需要将所建立的动力学分析模型
修改为操纵稳定性模型和平顺性模型依据有关试验的国家标准进行了整车的动力学仿
真分析并与实际试验数据进行了对比分析为最后加宽方案的确定提供依据和保证
最后根据以上的分析结果利用数字化模型的特征可编辑性对有关改进零部件
进行了改进设计并利用有限元分析软件 MSC/NASTRAN 对改进零部件进行了模态分
析和强度校核以指导实际改进方案的实施
本课题的工作不仅分析结果准确可信并且有效地缩短了产品的开发周期
大大节约物理样机的试制经费受到了合作单位的好评

关键词轻型客车多体系统动力学数字化模型 ADAMS
软件
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摘要

第一章绪论
1. 1 多体系统动力学简介
1 1 1 引言
多体系统动力学包括多刚体系统动力学和多柔体系统动力学是研究多体系统一
般由若干个柔性和刚性物体相互连接所组成运动规律的科学多体系统动力学是在经
典力学基础上发展起来的与车辆设计航天器控制机器人学机械动力学等领域密切
相关且起着重要作用的新的力学分支[1]
随着近几十年来对机械系统的高性能高精确度的设计要求不断的提升加之高速
度高性能计算机的发展和计算方法的成熟多体系统动力学已由早期的多刚体系统动
力学发展为多柔体系统动力学
多柔体系统动力学是分析力学连续介质力学多刚体系统动力学结构动力学等
多学科交叉发展的必然结果这门边缘学科以当代航天事业的发展为标志所要研究的
问题囊括了宏观世界机械运动的主要问题 2 6
多柔体系统不同于多刚体系统它包含了柔性部件变形不可忽略其逆运动学具
有不确定性它与结构力学不同部件在自身变形运动的同时在空间中经历着大的刚
性移动和转动刚性运动和变形运动相互影响强烈耦合与一般系统不同它是一个
时变高度耦合高度非线性的复杂系统 7 这就决定了其理论和方法有着自己的独特
性
1 1 2 多刚体系统动力学的研究方法
以欧拉 1707-1783 为代表的经典刚体动力学发展至今已有二
百多年了两个世纪以来经典刚体动力学在天体运动研究陀螺理论及简
单机构的定点运动研究等方面取得了众多的成果但由于现代工程技术中
大多数实际问题的对象是由多个物体组成的复杂系统要对它们进行运动学
和动力学分析仅靠古典的理论和方法已很难解决迫切地需要发展新的理
论来完成这个任务
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摘要
六十年代未至七十年代初美国的
苏联的
们的方法虽各不相同但有一个共同的特点所推导出的数学模型都适用于电子计算机
进行建模和计算于是将古典的刚体力学分析力学与现代的电子计算机技术相结合
的力学新分支——多刚体系统动力学便诞生了
多刚体系统动力学中有下述几种研究方法 3 5 1 图论方法 2 凯恩方法
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