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LMS Virtual Lab Motion 在含冲击多体动力学研究中的应用 2006 LMS 首届用户大会论文集
LMS 在含冲击多体动力学研究中的应用
张伟
西北工业大学机电学院中国西安
摘要:本文在 LMS Motion 平台上建立了含冲击试验台的虚拟样机,在前期虚拟样机仿真分析的指导下,确
定了试验台的工作原理和传感器的选择。通过试验台物理样机细化和修改虚拟样机,对比实测结果和虚拟样机仿真结果,修
正虚拟样机的一些参数,使它们的动态性能趋近一致。修正后的虚拟样机能够在一定程度上代替物理样机,减少试验的次数,
降低成本。
关键词:冲击;虚拟样机;物理样机;参数修正;散布度
1. 前言
虚拟样机技术是在计算机硬件和软件技术基础上发展起来的一种机械产品研发技术,极大地提高了机
械系统设计和分析水平。研发工程师在计算机里建立机械系统的虚拟模型,分析和评估其动态性能,为机
械产品的设计及改进提供指导。这种技术能够降低设计和生产成本,提高设计效率,缩短研发周期。目前
这个技术已经被广泛应用于航空航天业[1]、国防工业[2]、工程机械[3]、车辆工程[4]、机械制造业[5]等领域。
考虑到复杂系统多体虚拟样机仿真的可行性,在建立虚拟样机时必须作一些适当的简化,例如忽略温
度、装配间隙以及对系统动态性能影响较小的一些零件等等。另外虚拟样机中材料的密度、结构刚度、粘
性阻尼系数、摩擦阻尼系数等都不一定与物理样机系统一致。由于虚拟样机结构参数和边界条件的差异可
能会导致仿真结果和实测结果不一致,甚至差别很大。因此必须根据实测结果对虚拟样机进行修正,使它
的仿真结果和实测结果尽可能的一致,提高虚拟样机的真实度。
本文中设计了一个含冲击的多体动力学试验台,并结合多体动力学软件 Virtual Lab 建立它的虚拟样机
模型。通过对试验平台的虚拟样机仿真结果和实测数据的对比,判断仿真模型的准确性。假定实测数据是
真值,修正仿真模型的一些参数,例如阻尼、摩擦系数、刚度和碰撞系数等相关参数,使仿真和实测数据
相吻合。
2. 试验台工作原理
在前期简单的试验台虚拟样机仿真分析的指导下,确定了试验台的工作原理和传感器、弹簧、气缸的
选择,初步预测了试验台的动态响应,例如传感器在实际的测试过程中并没有超过其量程,弹簧的刚度和
气缸的大小都比较合适,使试验台的设计几乎一次成功,同时也验证里虚拟样机技术在机械产品前期设计
中的重要性。
试验台的工作原理如图 ,试验台的主体部分安装
在支撑立板上,并且可以转动,其后端采用一个缓冲器支
撑。主气缸和主缓冲器连接,可以在导轨上滑动,活塞在
高压气体的作用下前后运动,撞击撞击座和连接筒,使主
气缸前后运动和安装板转动。干扰气缸在高压气体的作用
下产生水平方向上的力,靠支撑立板的变形使安装板摆
动。激光器安装在气缸外壁上,激光束模拟炮弹的弹道射
在一个有感光二极管的激光靶上。由于安装板可以转动和
摆动,激光斑在激光靶在两个方向上都具有一定的散布
度。图 试验台原理图
3. 试验台虚拟样机的建立
为了保证虚拟样机的真实度,虚拟样机的所有零件模型均按实际零件 1:1 建模,包括测试系统所需