[发明专利]一种三维柔性梁系统力学的运动仿真方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于力学与机械技术领域，具体涉及一种三维柔性梁系统力学的运动仿真方法。

背景技术

从20世纪70－80年代起，传统意义上的CAD/CAE/CAM技术开始进入实用阶段，它们主要关注产品零部件质量和性能，通过采用结构设计、工程分析和制造过程控制的软件或工具，以达到设计和制造高质量零部件的目的。具体地说，传统的CAD技术基于三维实体几何造型技术，支持产品零部件的详细结构设计和形态分析。传统的CAE技术主要指应用有限元软件，完成产品零部件的结构分析、热分析、振动特性等功能分析问题。传统的CAM技术旨在提高产品零部件的可制造性，提供对机床、机器人、铸造过程、冲压过程、锻造加工等方面更好的控制。在过去的几十年里，传统的CAD/CAE/CAM技术在主要的工业领域(汽车、航空、通用机械、机械电子等)得到了广泛的应用，并且取得了巨大的成效。以汽车工业来说，在1995－1999的五年里，零部件故障率降低了40％，与之相伴的，是产品开发和制造成本的相应降低。

机械系统力学的运动仿真技术作为一种虚拟样机技术与CAD/CAE/CAM技术，向系统的设计/分析/制造、以提高产品整体质量和性能并降低开发与制造成本，提高零部件的质量和性能产生很好的作用。

现阶段国内的产品主要还是依靠于实验以及经验，对于使用仿真方法进行设计还是比较少，当前，安全、稳定、节能成为机械制造业发展的主题，为了更好的制造，对于系统进行动力学仿真是非常重要的，这有助于对于机械产品进行设计以及修改，进而进行生产销售。国内对于动力学仿真方法急需自主发展。如何进行自有仿真方法的开发，并把它投入到工业界进行学习以及发展，是当前的一个研究重点，以及急需发展的一个重要环节。

发明内容

本发明的目的在于提出一种三维柔性梁系统的动力学仿真方法，可以对三维柔性梁系统的运动进行仿真。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三维柔性梁系统力学的运动仿真方法，包括以下步骤：

第一步，设定建立动力学方程的条件，包括

(1)设定三维柔性梁系统中各物体的材料参数(弹性模量，密度等)、尺寸参数(长度，宽度，高度)以及初始位置参数；

(2)选择三维柔性梁系统中各个物体间的约束方式建立三维的柔性梁系统模型，约束方式包括固定约束，移动约束等；

(3)给定三维柔性梁系统模型所受的外力；

(4)根据需要设定三维柔性梁系统动力学仿真的时间，以及计算的时间步长。

第二步，构建动力学方程，将每个物体的位置和梯度作为动力学方程待求解的未知数；

第三步，求解动力学方程，获得三维柔性梁系统中每个物体在每个时刻(即每个步长)的位置；根据每个物体在每个时刻的位置信息构建三维柔性梁系统动画图像并显示出来。这样让用户有一个清晰的认识，判断该设计是否满足自己的需要，用户可以根据需要修改设计。

进一步，体三维柔性梁系统动力学方程如式(1)所示：