Автомобили, роботы, промышленное оборудование, и даже человеческий организм — вот примеры систем, в которых элементы взаимодействуют с друг другом для достижения результата. Они работают вместе настолько синхронно, что уже тяжело представить обыденные вещи – велосипед, сердечный насос или спутник – как набор взаимозависимых компонентов. Инженеры полагаются на предиктивный анализ в моделировании динамики многотельных систем для проектирования, улучшения и обслуживания сложных механизмов.
Что такое динамика многотельных систем?
Динамика многотельных систем – это подраздел конструкционной динамики, а ее моделирование является методом инженерного анализа, используемым для визуализации систем с множеством взаимосвязанных элементов в цифровом виде. Представь характером движения. Полное понимание поведения и надежности такой многотельной системы возможно с помощью моделирования ее динамики.
Полномасштабная модель системы дает возможность инженеру увидеть суммарное воздействие каждого элемента и помогает целостно тестировать и подтверждать результаты. Динамика многотельных систем применима как в механике твердого тела, так и в прикладной физике.
Преимущества от моделирования динамики многотельных систем
- Наблюдайте за динамикой изменений внутри системы — за каждым компонентом от начала до конца.
- Сэкономьте на натурных испытаниях за счет выявления ошибок проектирования на ранних этапах создания системы.
- Узнайте, как изменение материала или конфигурации системы может улучшить ее производительность.
- Проведите испытание системы в условиях окружающей среды, которые трудно воспроизвести.
- Целостно анализируйте сложные системы, чтобы избежать неточностей, возникающих при локализованных или статических упрощениях.
Когда мы анализируем движение или кинематику тел, мы принимаем во внимание множество характеристик – положение, скорость, ускрорение, время. А решив уравнения для имеющихся значений этих переменных, мы получим все множество одномоментных вариантов поведения работающего механизма и его компонентов.
Начнем с известного всем второго закона Ньютона: F = ma или сила = масса * ускорение. Характеристическое уравнение переходного процесса для движения представлено ниже.
Часто в проектировании используется одновременное системное моделирование как абсолютно , так и деформируемых тел. В таком случае инженеры прибегают к помощи Ansys Motion – программному обеспечению для быстрого и точного инженерного анализа. Оценив с помощью единого решателя поведение системы в целом и ее компонентов, пользователь может проанализировать сложные механические взаимосвязи и ускорить процесс разработки изделия.
Где применяется моделирование динамики многотельных систем?
Вы недавно распечатывали документ? Или катались на 10-скоростном велосипеде? Подобные сложные системы встречаются повсюду, и моделирование динамики многотельных систем находит применение во многих отраслях — в аэрокосмической промышленности, машиностроении, робототехнике, биомеханике, автомобилестроении.
В автомобильной промышленности подобное моделирование используется для проектирования, тестирования и улучшения систем автомобиля. При этом возможно анализировать поведение машины как в целом, так и каждой системы по отдельности.
- Подвеска задействует согласованное усилие различных амортизаторов и стабилизаторов для плавного управления автомобилем. Моделирование подвески как многотельной системы в динамике может улучшить ее ходовые качества.
- Двигатель, трансмиссия и приводной вал приводят автомобиль в движение, работая как единая система. Ее моделирование позволит повысить мощность, снизить расход топлива, увеличить срок службы компонентов.
- Безопасность автомобиля можно проверить с помощью моделирования его кинематики в тестах на опрокидывание.
- Шум, вибрации и жесткость (NVH) автомобиля имеют решающее значение для комфорта пассажиров и общего впечатления от управления. Моделирование динамики многотельных систем помогает инженерам определить источники вибрации и шума узлов частей автомобиля и разработать наилучшие способы их устранения.
Пример моделирования динамики многотельных систем: ремень привода
В этом примере с помощью моделирования мы наблюдаем силы и напряжения, возникающие в ремне, а также анализируем эффективность передачи.
Пример моделирования динамики многотельных систем: анализ шума, вибрации и жесткости для трансмиссии автомобиля
В этом примере мы определим причины возникновения грохота и гула в деталях автомобильной трансмиссии с помощью моделирования.
- Гул шестерен возникает из-за недостатка в зубчатой передаче. Моделирование динамики многотельных систем поможет определить способы уменьшить возбуждение за счет улучшения формы зубьев шестерни.
- Грохот шестерен возникает из-за колебаний крутящего момента на выходном валу. Здесь моделирование динамики многотельных систем наглядно демонстрирует как вибрация зубьев шестерни в пределах рабочего зазора производит неприятный звук.
Добивайтесь большего при взаимодействии множества элементов
И продукция тяжелого машиностроения, и товары повседневного спроса являются сложными и высокоинтегрированными комплексами, без которых наша жизнь не представляется возможной. Моделирование динамики многотельных систем позволяет инженерам видеть всю картину целиком и контролировать выполнение задач каждым элементом для достижения результата.