Simpack軟件簡介.doc

INTEC公司：SIMPACK軟件SIMPACK是什么？SIMPACK 是機(jī)械/機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)仿真分析的多體動(dòng)力學(xué)軟件。利用SIMPACK軟件，工程師可以像構(gòu)筑Cad模型一樣，快速建立機(jī)械系統(tǒng)和機(jī)電系統(tǒng)的的動(dòng)力學(xué)模型，包含關(guān)節(jié)、約束、各種外力或相互作用力，并自動(dòng)形成其動(dòng)力學(xué)方程，然后利用各種求解方式，如時(shí)域積分，得到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，或頻域分析，得到系 統(tǒng)的固有模態(tài)及頻率以及快速預(yù)測復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)性能和系統(tǒng)中各零部件所受載荷。由于SIMPACK軟件強(qiáng)大的運(yùn)動(dòng)學(xué)/動(dòng)力學(xué)分析功能，可建立任意復(fù)雜機(jī)械或機(jī)電系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，包括從簡單的少數(shù)自由度系統(tǒng)到高度復(fù)雜的機(jī)械、 機(jī)電系統(tǒng)（如鏈條、列車等）。對用戶來說，SIMPACK軟件可以被應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、優(yōu)化的任何階段。力學(xué)方程求解有三項(xiàng)重要指標(biāo)，分別為速度、精度和穩(wěn)定性。由于采用了最新的數(shù)學(xué)力學(xué)方法，SIMPACK軟件在計(jì)算速度極其優(yōu)異的同時(shí)，仍保持了很高的計(jì)算精度和穩(wěn)定性，這是其它同類產(chǎn)品所不具備的。由于求解器超常的能力，SIMPACK軟件得到許多知名大公司的認(rèn)同，其用戶包括有BMW、DaimlerChrysler、Bombardier和Siemens等，且這些均為SIMPACK軟件多年的忠實(shí)用戶。 SIMPACK軟件的亮點(diǎn)1. 全新的遞歸算法、相對坐標(biāo)系以及子結(jié)構(gòu)建模方法；2. 快速、穩(wěn)定、可靠的求解器；3. 完善強(qiáng)大的碰撞建模和求解功能；4. 獨(dú)有的和控制分析軟件(MATLAB)雙向的協(xié)同仿真技術(shù)；5. 全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)分析模型；6. 獨(dú)有的源代碼輸出功能；7. 唯一可以進(jìn)行多體系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的技術(shù)；8. 快速高效、優(yōu)化的彈性體建模和求解器；9. 獨(dú)有的軟件一體化技術(shù)，使專業(yè)模塊和通用模塊100%兼容；10. 完整、安全可靠的數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)；11. 專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)結(jié)果處理技術(shù)；12. 功能強(qiáng)大的專業(yè)化模塊。 Simpack的基本模塊：SIMPACK Kinematica and Dynamics模塊主要特征：*是SIMPACK軟件的核心模塊*可視化的三維實(shí)體建模技術(shù)*SIMPACK 積分器*固有模態(tài)/頻率分析*靜力學(xué)求解*三維動(dòng)畫和曲線作圖分析工具箱*可擴(kuò)展的動(dòng)態(tài)模型庫如關(guān)節(jié)、彈簧、阻尼器、摩擦力等*積分設(shè)置管理 一旦建模完成，工程師便可以利用SIMPACK強(qiáng)大的求解器，可對其進(jìn)行各種分析，包括靜力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析、逆動(dòng)力學(xué)分析、模態(tài)分析、受迫振動(dòng)響應(yīng)分析。 SIMPACK Model Set-up采用圖形用戶界面，建模方便，快捷，不但初學(xué)者容易上手，對于專家來說，其強(qiáng)大功能可全面控制整個(gè)建模過程。SIMPACK前處理器-Model Set-upSIMPACK Model Set-up帶有非常豐富的建模元器件庫，包括零件、關(guān)節(jié)、約束、力、碰撞、函數(shù)、控制元件等等，采用3D鼠標(biāo)拾取，這可使工程師的建模更快速、高效、準(zhǔn)確。并且有效地利用3D鼠標(biāo)不僅可以提高建模效率，同時(shí)可以極大地減少建模錯(cuò)誤。SIMPACK Model Set-up不但可以構(gòu)造各種3D幾何造型，同時(shí)，用戶CAD產(chǎn)品構(gòu)造的復(fù)雜模型同樣可以準(zhǔn)確傳遞到SIMPACK Model Set-up中，這樣既可加速建模過程，同時(shí)模型外形也更為逼真。尤為重要的是，任何SIMPACK所建立的復(fù)雜模型，均可以將其動(dòng)力學(xué)方程以C語言或 Fortran語言原程序的形式輸出，這對于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)或分時(shí)計(jì)算等特殊要求的用戶有著特別的意義，而這也是其它動(dòng)力學(xué)仿真軟件所不具備的。 SIMPACK建?？焖?、準(zhǔn)確，可幫助用戶盡量減少錯(cuò)誤發(fā)生。性能優(yōu)異的求解器-Solver一旦模型建立，求解器便自動(dòng)形成系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程組。SIMPACK采用先進(jìn)的相對坐標(biāo)系方法建模 并采用遞歸方式進(jìn)行程式推導(dǎo)，形成的動(dòng)力學(xué)方程組數(shù) 目最小，因而求解非?？焖?。當(dāng)模型的零件越多，自由度越大時(shí)，這種建模方法所帶來的優(yōu)勢就尤為明顯。而其它程序采用絕對坐標(biāo)系建模方法，所建立的方程組往往是自由度的冪次方，其求解速度將急劇降低。采用相對坐標(biāo)系，不但建立的方程數(shù)目最少，求解速度快，同時(shí)，求解的穩(wěn)定性和可靠性也大大提高，這些性能已經(jīng)得到無數(shù)考題的測試與驗(yàn)證。另外，作為專家級(jí)的仿真軟件，SIMPACK提供了許多求解參數(shù)的手動(dòng)設(shè)置，給高級(jí)用戶更大的自主度，這對于復(fù)雜模型求解時(shí)作用很大。 即使是非線性極強(qiáng)的接觸問題，如鐵道輪軌接觸-脫離，彈性體接觸等復(fù)雜力學(xué)問題，SIMPACK求解器仍能快速給出準(zhǔn)確結(jié)果。除了時(shí)域積分以外，SIMPACK求解器還有非常強(qiáng)大的靜力學(xué)求解能力，它不但可以快速尋找到系統(tǒng)的靜力平衡位置，尤其重要的是，它還可以預(yù)測系統(tǒng)處于任意位置平衡所需條件。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的求解器還可以進(jìn)行頻域分析，求解系統(tǒng)的固有頻率與固有振型。另外，在SIMPACK NVH模塊中，還可以在頻域內(nèi)分析系統(tǒng)的振動(dòng)、沖擊、噪聲。后處理器：動(dòng)畫/曲線無論是時(shí)域積分的運(yùn)動(dòng)，還是頻域求解的振型，在SIMPACK后處理中均可以動(dòng)畫顯示。同時(shí)，動(dòng)畫顯示時(shí)工程師還可以方便地設(shè)置所有觀測點(diǎn)、觀測方 向，從任何角度和任何層面進(jìn)行觀測。最后，所有的動(dòng)畫均可錄制成高質(zhì)量電影文檔，供用戶后續(xù)使用。除了動(dòng)畫觀測了解系統(tǒng)的運(yùn)行學(xué)動(dòng)力學(xué)性能之外，SIMPACK后處理還給用戶提供了功能非常豐富的曲線作圖、曲線輸出（ascii，excel）、 曲線輸入、曲線編輯、數(shù)據(jù)分析（如統(tǒng)計(jì)、FFT變換、功率譜密度函數(shù)）、對比等功能，給用戶詳細(xì)、準(zhǔn)確了解系統(tǒng)性能提供了有力的工具。如果用戶在仿真分析后需新添加各種測量參數(shù)，那么就無需重新計(jì)算即可隨心所欲地得到結(jié)果，極大地節(jié)約了用戶調(diào)試模型反復(fù)計(jì)算的時(shí)間。 SIMPACK專業(yè)模塊Kinematics and Dynamics 是SIMPACK的核心模塊。在核心模塊的基礎(chǔ)上，INTEC公司還為各工業(yè)領(lǐng)域和特殊應(yīng)用開發(fā)了許多附加模塊。這些模塊可以與核心模塊任意搭配使用，給用戶提供了豐富的仿真工具，還給用戶提供了完整、快速專業(yè)的解決方案。附加模塊可分為兩類，一類是為不同工業(yè)領(lǐng)域開發(fā)的專業(yè)模塊，另一類是功能擴(kuò)充模塊。SIMPACK Automotive （汽車專業(yè)模塊） SIMPACK Automotive 模塊是SIMPACK用于汽車行業(yè)的專用分析模塊，利用該模塊實(shí)現(xiàn)對轎車、卡車、發(fā)動(dòng)機(jī)以及零部件、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)（如ABS）等的動(dòng)力學(xué)分析。SIMPACK Wheel/Rail （鐵道專業(yè)模塊）SIMPACK Wheel/Rail模塊是SIMPACK軟件針對鐵路行業(yè)開發(fā)的專用分析工具。工程是利用SIMPACK Wheel/Rail可以快速的建立鐵路機(jī)車車輛、線路的系統(tǒng)。SIMPACK Wheel/Rail可以完成鐵路 行業(yè)涉及的全部的動(dòng)力學(xué)分析。SIMPACK Wheel/Rail是目前唯一一個(gè)可以進(jìn)行轉(zhuǎn)轍分析和弓網(wǎng)關(guān)系分析的商業(yè)化動(dòng)力學(xué)軟件。功能擴(kuò)充模塊CONTACT mechanics用戶可定義任意形狀表面的接觸碰撞并進(jìn)行快速仿真分析。在設(shè)計(jì)過程中，碰撞問題廣泛存在，卻是求解十分困難的問題。這些問題包括碰撞的粘滯-滑移現(xiàn)象，柔性體之間的碰撞等等，采用SIMPACK軟件，這些極度難題就可迎刃而解。CON-TACT中可以方便地定義任意形狀零件的碰撞，同時(shí)其求解器還針對碰撞問題進(jìn)行了許多專門的處理，以使得這類嚴(yán)重非線形問題的解決變得快速、穩(wěn)定、精確。主要特點(diǎn)：*2D和3D型面碰撞定義；*定義CAD輸入的幾何外型碰撞；*任意的碰撞力模型，提高碰撞模擬的準(zhǔn)確度；*完整的非線性摩擦力模型（庫侖摩擦模型和磁滯模型）*專門的自適應(yīng)算法。USER ROUTIINES為SIMPACK的二次開發(fā)工具，用戶可以利用C和Fortran語言定義自己的特殊力學(xué)元件（如力單元，驅(qū)動(dòng)單元等）NVH (noise-vibration-harshness)支持系統(tǒng)高頻振動(dòng)、沖擊、噪聲的仿真分析。SIMBEAM用戶可以交互式地在SIMPACK Model-Setup中建立三維的彈性梁式結(jié)構(gòu)，方便直觀地構(gòu)筑彈性體。 主要特征：*無須依賴有限元軟件即可直接生成彈性體；*完全三維圖形顯示；*任意截面形狀；*完全參數(shù)化彈性體模型；*集成于SIMPACK圖形用戶界面中。用戶在SIMPACK中就可建立機(jī)電一體的帶有控制回路的機(jī)電系統(tǒng)。CODE EXPORTSIMPACK是目前多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件中唯一可以輸出程序源代碼的軟件。以往的動(dòng)力學(xué)軟件的求解過程和程序的實(shí)現(xiàn)對用戶是一個(gè)完全的 黑匣子，用戶只能接受求解器給出的結(jié)果，而無法滿足不同用戶靈活而特殊的要求，例如，要實(shí)現(xiàn)和硬件控制系統(tǒng)的接口和實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)時(shí)的協(xié)同仿真， 因此利用其他的軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模幾乎是不可能的。SIMPACK這一強(qiáng)大的功能無疑給要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的用戶提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。 SIMPACK 接口模塊SIMPACK采用Parasolid內(nèi)核與各種CAD軟件、FEA軟件和CACE軟件系統(tǒng)之間均有良好的專用接口。CAD專用接口 CAD系統(tǒng)所生成的模型文件，可以非常容易地傳遞到SIMPACK中來，SIMPACK針對當(dāng)今流行的主要三維CAD軟件開發(fā)有專門的接口模塊，用戶 可以方便地把在CAD軟件中建立的CAD模型轉(zhuǎn)成動(dòng)力學(xué)模型，并完整、高效地傳遞到SIMPACK中進(jìn)行仿真分析。這其中包括：ProSIMPro/E軟件接口模塊 直接在Pro/ENGINEER建模環(huán)境下建立機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型； 仿真分析就如在SIMPACK中一樣方便； 動(dòng)畫顯示和數(shù)據(jù)輸出、分析均在Pro/ENGINEER環(huán)境內(nèi)； 系統(tǒng)質(zhì)量、慣量自動(dòng)計(jì)算； 完備的數(shù)據(jù)輸出能力：如坐標(biāo)系、幾何形狀、曲面、零件及完整運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型等。IdeSIM與I-DEAS軟件接口 直接在I-DEAS建模環(huán)境下建立機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型； 系統(tǒng)質(zhì)量、慣量自動(dòng)計(jì)算； 完備的數(shù)據(jù)輸出能力：如坐標(biāo)系、幾何形狀、曲面、零件及完整運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型等。 自動(dòng)生成多體系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)關(guān)系；CatSIM與CATIA軟件接口 CATIA運(yùn)動(dòng)學(xué)模型可以完整地輸出為SIMPACK的動(dòng)力學(xué)模型； 系統(tǒng)質(zhì)量、慣量自動(dòng)計(jì)算； 幾何形狀、幾何數(shù)據(jù)均可傳遞到SIMPACK中來，進(jìn)行碰撞設(shè)置。FEA專用接口由于擁有強(qiáng)大功能的有限元接口模塊FEMBS， SIMPACK軟件被公認(rèn)為是柔性多體動(dòng)力學(xué)軟件領(lǐng)域中的領(lǐng)導(dǎo)者。FEMBS可以與絕大多數(shù)通用有限軟件包括NASTRAN、MARC、ANSYS、 ABQUS、I-DEAS、 PERMAS等均可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳遞。通過FEMBS模塊，可以生成任意形狀零部件的彈性體模型均；此外，由于SIMPACK獨(dú)特的求解技術(shù)，因此在柔性多體動(dòng)力學(xué)模型的求解上，不僅速度快，且穩(wěn)定性和可靠性均很高。這即使是對于汽車、鐵道等復(fù)雜交通工具動(dòng)力學(xué)模型求解仍十分得心應(yīng)手。 主要特點(diǎn)： 運(yùn)用成熟的模態(tài)縮減技術(shù)，獲取準(zhǔn)確的模態(tài)振型； 與更多的FEA軟件接口，包括NASTRAN、MARC、ANSYS、ABQUS、I-DEAS、 PERMAS等； 即使是巨大的FEA模型，生成的接口文件仍非常緊湊，方便操作使用； 對有限元軟件單元類型幾乎沒有限制。疲勞分析專用接口為了用戶更好地了解系統(tǒng)的疲勞壽命及可靠性，SIMPACK還為主要的疲勞分析軟件提供了良好的接口關(guān)系，可以輸出RPCIII的數(shù)據(jù)格式，如與ECS Steyr公司的FEMFAT，nCode公司的FE-Fatigue接口。 數(shù)字化裝配軟件接口為了更好的體現(xiàn)虛擬樣機(jī)的功能，SIMPACK可以和具有數(shù)字化裝配功能的軟件進(jìn)行接口，將SIMPACK軟件的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算結(jié)構(gòu)輸入到數(shù)字化裝配軟件 中，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉檢查，以此實(shí)現(xiàn)下一代的協(xié)同虛擬樣機(jī)(CFP-Collaborative Functional Prototyping)解決方案。例如，SIMPACK的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果可以輸入到Centric Software Inc.公司的Centric Studio軟件中，進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉檢查，這一全新的概念已經(jīng)由Siemens Transportation System（TS）提出，并率先實(shí)現(xiàn)。CACE專用接口通過接口，可以實(shí)現(xiàn)任何機(jī)電系統(tǒng)的建模仿真工作。SIMPACK與Matlab的接口關(guān)系是非常靈活而富有特色的。它給用戶提供了五種接口方式，極大地滿足了用戶的各種需求：線性模型輸出，SIMPACK的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型可以方便地在任意位形下進(jìn)行線性化，線性化后的數(shù)學(xué)模型可以方便地輸出并提交給MATLAB使用；函數(shù)調(diào)用SIMPACK建立的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型可以以原代碼的形式輸出，提交給MATLAB使用；協(xié)同仿真分析，SIMPACK與MATLAB軟件均啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步傳遞，從而使得SIMPACK所建立的機(jī)械系統(tǒng)模型與MATLAB所建立的控制模型有機(jī)結(jié)合，準(zhǔn)確預(yù)測得到整機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為。SIMAT用戶所建立的SIMPACK模型可以輸出給MATLAB軟件，在MATLAB軟件中進(jìn)行仿真分析，脫離開SIMPACK環(huán)境，這樣可以方便地在MATLAB中優(yōu)化系統(tǒng)的控制模型。同時(shí)由于脫離了SIMPACK環(huán)境，大大節(jié)約系統(tǒng)資源，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)仿真分析。MATSIM 用戶建立的MATLAB控制模型可以輸入到SIMPACK中來，從而脫離MATLAB環(huán)境，用戶在SIMPACK環(huán)境下便可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的整體仿真和優(yōu)化，最大限度地優(yōu)化整機(jī)系統(tǒng)的性能。 液壓軟件 為了考慮機(jī)械系統(tǒng)中的液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的相互作用，SIMACK軟件利用和AMESIM、DSHplus液壓專用分析軟件的接口，實(shí)現(xiàn)機(jī)械-液壓-控制一體化系統(tǒng)的仿真。 SIMPACK行業(yè)應(yīng)用航空業(yè)* 起飛/著陸/飛行等過程運(yùn)動(dòng)分析 * 起落架系統(tǒng)的力學(xué)分析與設(shè)計(jì) * 直升機(jī)動(dòng)力學(xué)行為分析與設(shè)計(jì) * 螺旋槳?jiǎng)恿W(xué)仿真 * 裝載系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) * 飛行員彈射救生過程運(yùn)動(dòng)仿真* 機(jī)艙門鎖機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 * 系留穩(wěn)定性分析等 航天業(yè)火箭/導(dǎo)彈系統(tǒng)* 總體設(shè)計(jì) * 地面發(fā)射系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析* 載荷、結(jié)構(gòu)動(dòng)特性、力學(xué)環(huán)境設(shè)計(jì) * 包帶分離及其它解鎖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)* 火箭整流罩分離可靠性分析 * 彈道設(shè)計(jì)仿真 衛(wèi)星/飛船系統(tǒng)* 衛(wèi)星/飛船動(dòng)力學(xué)及其控制仿真設(shè)計(jì) * 太陽帆板/天線展開過程地面仿真 * 太陽帆板/天線展開機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) * 衛(wèi)星姿態(tài)分析與控制* 空間站/飛船系統(tǒng)的捕捉與對接 * 零或微重力環(huán)境模擬娛樂及體育設(shè)備 * 娛樂機(jī)械/機(jī)電設(shè)備動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) * 健身器械設(shè)計(jì) * 摩托車開發(fā)造船業(yè)* 船載儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) * 起錨定位過程仿真 * 船/艇上機(jī)械設(shè)備運(yùn)動(dòng)仿真* 水下發(fā)射裝置動(dòng)力學(xué)分析 * 模擬海風(fēng)、海浪和水流的作用* 船用動(dòng)力設(shè)備、傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械電子業(yè) *電動(dòng)工具受力分析 *辦公自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)動(dòng)分析 *家用電器運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)*照相機(jī)快門設(shè)計(jì) *繼電器起弧及動(dòng)作過程分析 *仿生學(xué)研究通用機(jī)械 *工業(yè)機(jī)床和設(shè)備 *機(jī)器人 *卷揚(yáng)機(jī)和起重機(jī) *石油機(jī)械及裝備 *壓縮機(jī)*包裝機(jī)械/紡織機(jī)械/造紙機(jī)械/傳輸機(jī)械 *洗衣機(jī)和干洗設(shè)備 *