基于继承与转化的多体动力学仿真动态建模及在低压断路器开发中的应用
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摘要
多体动力学动态仿真建模是产品数字化设计分析的重要研究内容。本文通过仿真动力学模型的深入研究，提出仿真模型约束识别和信息继承转化的方法，给出了动力学约束模型的描述方法和运算规则，实现仿真模型的动态构建。结合低压断路器仿真分析和设计开发需求，建立仿真建模分析系统，简化低压断路器仿真建模，改进低压断路器设计。本文提出的技术和方法，在低压断路器的设计和仿真分析中得到实际应用。
第一章，分析了多体动力学快速建模和多学科联合仿真建模的研究发展现状。介绍了仿真技术在低压断路器设计中的应用情况。给出了基于动力学约束识别和联合仿真的动态建模技术的研究背景、内容和研意义。
第二章，分析了零部件CAD模型定位关系与多体动力学仿真模型运动约束的隐性关联，给出了两者的共性描述方法，提出了研究运动约束度及其归并运算规则，实现了零部件运动约束的自动识别。
第三章，研究了多体动力学仿真模型在异构系统的拓扑映射结构，建立了多体动力学仿真拓扑构型，提出了仿真模型动力学约束的约束简型表示法，实现了动力学约束信息的关联继承，并通过约束偏置变换矩阵和构件位姿变换矩阵的求取，实现了多体动力学仿真模型的动态转化。
第四章，针对ADAMS和ANSYS的联合仿真，分析了仿真求解器之间的动态调用和数据多向驱动技术，提出了一种求解器动态多向仿真方法，实现了多体动力学问题和有限元问题的联合求解。
第五章，以零部件约束识别技术、仿真模型继承与转化技术以及求解器动态仿真技术为核心，结合低压断路器仿真分析和设计开发需求，开发了面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，阐述了系统的模块结构和主要功能。
第六章，利用面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，对塑壳式低压断路器进行了详细仿真分析，计算了低压断路器的重要性能参数，完成了断路器多种工况的分断性能分析，并利用仿真动态建模技术，对低压断路器进行了优化设计研究。
第七章，总结本文的研究工作，给出今后进一步研究的方向。
Dynamic modeling and simulation of multibody is very important in design and analysis of digitized product. The techniques of motion constraints recognition and information inheriting and transforming are put forward by deep researches in the model of multibody simulation. The discription method and algorithms for dynamic constraints model are also built. To improve design and multibody simulation model of low-voltage circuit breaker, the system for dynamic modeling of multibody simulation has been developed. The technique and method suggested have been successfully applied to the design of low-voltage circuit breaker.
Chapter one first summarizes the status in dynamic modeling of multibody simulation technique, modeling of multi-discipline co-simulation technique, the simulation technique for the design of low-voltage circuit breaker, then discusses the existent problem. The research's significance and the contents are discussed.
Chapter two discusses the connotative relation between location topological configuration of 3D model and motion constraints of multibody simulation model. In order to add motion constraints among parts automatically for a multibody system, degree of motion constraint and its algorithms are put forward.
Chapter three researches the topological mapping configuration of the multibody simulation model in the heterogeneous systems. For inheriting the dynamic constraint information of the multibody simulation model, topological configuration of the multibody simulation model is built, and simplified constraint form of the multibody simulation model is put forward. To transform the information of the multibody simulation model, the offset matrix which transformed the location and orientation of constraints and the matrix which transformed the location and orientation of parts are computed.
Chapter four discusses dynamic invocation and the exchange of simulation data among simulation solvers. For cooperative solving the problem composed of multibody dynamics knowledge and finite element analysis knowledge, a modeling method based on simulation solvers integration is put forward.
Chapter five develops an intellectualized modeling of multibody simulation system for simulation and design of the low-voltage circuit breaker based on the motion constraint recognition technique, dynamic modeling technique and simulation solvers integration technique. And the framework and function of the system are discussed.
Chapter six simulates and analyzes the capability of the low-voltage circuit breaker in different conditions and measures important capability parameters of it on the opening time with the intellectualized modeling of multibody simulation system. And the structure of the low-voltage circuit breaker is optimized by dynamic modeling technique.
Chapter seven summarizes the research results of this paper, and gives the way for further research.
第一章，分析了多体动力学快速建模和多学科联合仿真建模的研究发展现状。介绍了仿真技术在低压断路器设计中的应用情况。给出了基于动力学约束识别和联合仿真的动态建模技术的研究背景、内容和研意义。
第二章，分析了零部件CAD模型定位关系与多体动力学仿真模型运动约束的隐性关联，给出了两者的共性描述方法，提出了研究运动约束度及其归并运算规则，实现了零部件运动约束的自动识别。
第三章，研究了多体动力学仿真模型在异构系统的拓扑映射结构，建立了多体动力学仿真拓扑构型，提出了仿真模型动力学约束的约束简型表示法，实现了动力学约束信息的关联继承，并通过约束偏置变换矩阵和构件位姿变换矩阵的求取，实现了多体动力学仿真模型的动态转化。
第四章，针对ADAMS和ANSYS的联合仿真，分析了仿真求解器之间的动态调用和数据多向驱动技术，提出了一种求解器动态多向仿真方法，实现了多体动力学问题和有限元问题的联合求解。
第五章，以零部件约束识别技术、仿真模型继承与转化技术以及求解器动态仿真技术为核心，结合低压断路器仿真分析和设计开发需求，开发了面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，阐述了系统的模块结构和主要功能。
第六章，利用面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，对塑壳式低压断路器进行了详细仿真分析，计算了低压断路器的重要性能参数，完成了断路器多种工况的分断性能分析，并利用仿真动态建模技术，对低压断路器进行了优化设计研究。
第七章，总结本文的研究工作，给出今后进一步研究的方向。
Dynamic modeling and simulation of multibody is very important in design and analysis of digitized product. The techniques of motion constraints recognition and information inheriting and transforming are put forward by deep researches in the model of multibody simulation. The discription method and algorithms for dynamic constraints model are also built. To improve design and multibody simulation model of low-voltage circuit breaker, the system for dynamic modeling of multibody simulation has been developed. The technique and method suggested have been successfully applied to the design of low-voltage circuit breaker.
Chapter one first summarizes the status in dynamic modeling of multibody simulation technique, modeling of multi-discipline co-simulation technique, the simulation technique for the design of low-voltage circuit breaker, then discusses the existent problem. The research's significance and the contents are discussed.
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Chapter three researches the topological mapping configuration of the multibody simulation model in the heterogeneous systems. For inheriting the dynamic constraint information of the multibody simulation model, topological configuration of the multibody simulation model is built, and simplified constraint form of the multibody simulation model is put forward. To transform the information of the multibody simulation model, the offset matrix which transformed the location and orientation of constraints and the matrix which transformed the location and orientation of parts are computed.
Chapter four discusses dynamic invocation and the exchange of simulation data among simulation solvers. For cooperative solving the problem composed of multibody dynamics knowledge and finite element analysis knowledge, a modeling method based on simulation solvers integration is put forward.
Chapter five develops an intellectualized modeling of multibody simulation system for simulation and design of the low-voltage circuit breaker based on the motion constraint recognition technique, dynamic modeling technique and simulation solvers integration technique. And the framework and function of the system are discussed.
Chapter six simulates and analyzes the capability of the low-voltage circuit breaker in different conditions and measures important capability parameters of it on the opening time with the intellectualized modeling of multibody simulation system. And the structure of the low-voltage circuit breaker is optimized by dynamic modeling technique.
Chapter seven summarizes the research results of this paper, and gives the way for further research.
引文
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