Simpack基础培训教程中文II

SIMPACKTrainingSIMPACK基础培训（2）2TheoryKinematicClosedLoopsSIMPACKConstraintsSystemDegreesofFreedomNumberofFirstOrderStatesAssembleSystemTopologyDiagramSymbolsTopologyExampleTopologyDrawingExerciseExerciseModelsetupsimplecranktrain+closedloopexamplesTopologydrawingConstraintsAssembleSystemConstrainingForcesModelsetupswayingplatformTorsionalForcesExpressions3DModelingSlidingRodsGyroscopicTheoryContents3MBS开环系统MBS闭环系统TheoryMBS运动开环系统4Theory每个物体有且只有一个铰接(joint),因此闭环系统要求施加约束(Constraints)约束作用在两个Marker点之间约束的测量和计算参考FromMarker坐标系约束类型(ConstraintTypes)用户定义约束UserDefined(1-6DOF‘s)无质量杆MasslessLink齿轮箱Gearboxes注意:约束的测量使用的是FromMarker坐标系!SIMPACKConstraints(1)5Simpack可行解决方案连接1,2and3组成一个闭环系统.要求施加约束.应用例子:SimpleCrankTheory铰接Joints提供系统自由度约束Constraints锁住运动Lockmotion闭合运动链/生成闭环系统减少自由度数量SIMPACKConstraints(2)zyx6Joints/Constraintsxyz13ReferenceFrame:ConstraintBodiesJointsForceElementsNameofBodyFromMarkerToMarkerLockeddirectionofmotion(incoordinatesofFromMarker)FromMarkerToMarkerJointStateposition(incoordinatesofFromMarker)SIMPACKForceElementtype(Cmpcalculatedw.r.tFromMarker)IsysTheorySIMPACKConstraints(3)–2D页面符号7问题:如何计算闭环系统的自由度数量和一阶状态方程(FOS)数量?微分方程数量代数方程数量TheorySIMPACKConstraints(4)𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡−𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=2∗𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡+𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡8问题:如何计算闭环系统的自由度数量和一阶状态方程(FOS)数量?微分方程数量代数方程数量TheoryJoint;β-1DOF-Revolutionabouty-AxisConstraint;z(lockedtransl.inz,reduceNumberofDOF)Joint;β-1DOF-Revolutionabouty-AxisSIMPACKConstraints(4)–方法𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡−𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=2∗𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡+𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡9独立铰接和非独立铰接(Independent和DependentJoints)方案II-非独立-独立方案I-独立-非独立非线性隐式方程求解使用牛顿迭代法这种方法需要参考Body1和Body2铰接的初始状态!问题ab-独立有多种方案-非独立TheorySIMPACKConstraints(5)–装配系统AssembleSystem𝑵𝒊𝒏𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝐽𝑜𝑖𝑛𝑡𝑆𝑡𝑎𝑡𝑒𝑠=𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡=𝑁𝐽𝑜𝑖𝑛𝑡𝑆𝑡𝑎𝑡𝑒𝑠−𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡𝑆𝑡𝑎𝑡𝑒𝑠=𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝑵𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒𝑛𝑡𝐽𝑜𝑖𝑛𝑡𝑆𝑡𝑎𝑡𝑒𝑠=𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡𝑆𝑡𝑎𝑡𝑒𝑠独立铰接（Independent）和非独立铰接（Dependent）：初始位置在自动装配中不发生变化的铰接是独立铰接，而初始位置发生变化的铰接是非独立铰接。10曲柄连杆+一般闭环系统摇摆平台3D模型Exercise练习11Pre-ProcessingProcessingPostProcessingBodyDefinitionOnlineTimeIntegrationAnimationJointDefinitionTestCallStatePlotsCopy&PasteOfflineTimeIntegrationPostProcessorForceDefinitionMeasurementsModeShapesInputFunctionsStaticEquilibriumConstraintForcesExcitationsPreloadConstraintsEigenvaluesAssembleSystemTheory练习-曲柄连杆机构模型12wheel(D=0.4m)Body2Joint2Joint1(1DOF)Body1Joint3InertialFramezyxpush_rod(L=1.0m)曲柄连杆机构模型(1)Theory13=?=?=?=?=?=?在建立Simpack模型前绘制拓扑图把物理模型分为MBS元件模型绘制拓扑图(有多种方案)Exercisea)b)c)wheelrodwheelrodwheelrod曲柄连杆机构模型(2)𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚zyx14a)b)c)wheelrodzx,wheelrodx,zx,wheelrodx,z=2-1=13-2=13-2=1=2•2+1=52•3+2=82•3+2=8Exercise曲柄连杆机构模型(3)𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚zyx在建立Simpack模型前绘制拓扑图把物理模型分为MBS元件模型绘制拓扑图(有多种方案)15练习-曲柄连杆机构模型（1）打开模型a.启动SimpackPre软件b.打开modelstraineestart\basicsII\32_SliderCrank目录下的32_SliderCrank_start模型，c.检查模型树，查看模型中已有的元件d.另存为模型名称为32_SliderCranke.修改$J_Wheel铰接的属性，ToMarker修改为$M_Wheel_Joint_1，Type修改为2:RevoluteJointbe，初始速度修改为2cbe16练习-曲柄连杆机构模型（2）修改属性a.修改$J_Rod铰接属性b.在工具栏上点击CreateConstraint按钮创建约束，名称为$L_Constraintc.定义该约束的参数d.观察当前模型e.点击Actions菜单下的DOFandStateDependency命令cbad17练习-曲柄连杆机构模型（3）创建约束a.在窗口中，点击Setallassuggested按钮，表示使用系统推荐设置，一般情况下可以先使用系统推荐设置试试b.点击Assemblesystem命令，实现模型装配c.发现$J_Wheel的初始位置发生变化d.观察装配完成后的模型e.进行在线时域分析（由于重力作用，物体会发生运动）cbad18练习-曲柄连杆机构模型（4）模型装配a.使用ResetStatesZero命令，使模型回到装配前的位置b.修改$J_Wheel铰接为独立铰接c.修改$J_Rod铰接为非独立铰接d.在此对话框中，点击Assemblesystem按钮进行模型装配e.然后在弹出的DOFandStateDependencies窗口中点击Assemblesystem按钮，进行模型装配f.对比两种模型装配的方法的区别cbad19练习-曲柄连杆机构模型（5）仿真分析a.观察当前模型b.修改$J_Wheel铰接的初始速度为2rad/sc.进行在线时域分析以上完成曲柄连杆机构的建模ba20Theory1234闭环系统建模-闭环1zyx21dddx,zxExercise闭环系统建模-闭环1𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡−𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡=?𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=2∗𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡+𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡=?zyx绘制拓扑图在Simpack创建闭环模型定义独立/非独立铰接，并进行装配模型检查装配模型操作定义在线运动学分析并查看结果配置并运行时域分析，并查看结果22练习-闭环1（1）修改铰接a.打开34_ClosedLoops1_Start模型，并另存为34_ClosedLoops1模型b.修改$J_Rod_1铰接的参数，非独立铰接c.这时模型中的部件位置产生变化d.修改$J_Rod_2铰接的参数，为了后续模型装配顺利实现，修改该铰接的初始位置（该位移初始参数近似即可），非独立铰接e.修改后的模型图形cbdae23练习-闭环1（2）修改铰接a.修改$J_Rod_3铰接的参数，为了后续模型装配顺利实现，修改该铰接的初始位置（该位移初始参数近似即可），非独立铰接b.当前的模型显示c.修改$J_Rod_4铰接的参数，为了后续模型装配顺利实现，修改该铰接的初始位置（该位移初始参数近似即可），独立铰接cbda24练习-闭环1（3）创建约束a.创建名称为$L_Constraint_1的约束b.创建名称为$L_Constraint_2的约束ba25练习-闭环1（4）装配模型a.打开装配模型对话框b.不选择Setallassuggested按钮，直接点击Assemblesystem按钮，实现模型装配c.装配完成后的模型显示d.进行在线时域分析，观察模型运动情况以上完成闭环1模型的建立bca26Exercise3124闭环系统建模-闭环2zyx27创建闭环系统的拓扑图在Simpack中建立闭环系统模型定义独立/非独立铰接，并进行模型装配操作检查模型装配结果定义在线运动学分析并查看结果设置并运行在线时域分析，并查看结果Exerciseddx,zx,zX,ddSIMPACKProgramExercise𝐷𝑂𝐹𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡−𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡=?𝐹𝑂𝑆𝑠𝑦𝑠𝑡𝑒𝑚=2∗𝐷𝑂𝐹𝑗𝑜𝑖𝑛𝑡+𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑎𝑖𝑛𝑡=?zyx28练习-闭环2（1）打开模型并修改铰接a.打开35_ClosedLoops2_Start模型，并另存为35_ClosedLoops2模型b.修改$J_Rod_1铰接的参数，为了后续模型装配顺利实现，修改该铰接的初始位置（该位移初始参数近似即可），独立铰接c.这时模型图形cba29练习-闭环2（2）修改铰接a.修改$J_Rod_2铰接的参数，修改该铰接的初始位置，非独立铰接b.这时模型图形c.修改$J_Rod_3铰接的参数，修改该铰接的初始位置，非独立铰