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多学科系统级虚拟样机建模与仿真解决方案 D篡 多学科系统级虚拟样机建模 与仿真解决方案 ■MSC.SoftwarePRC技术部 众所周知.现代产品的研发流程是多人团队,多学科领 域的协同设计过程.在产品开发过程中.无论是系统级的方 案原理设计.还是部件级的详细参数规格设计.都涉及到多 个不同的子系统和相关学科领域.这些子系统都有自己特定 的功能和独特的设计方法.而各子系统之间则具有交互耦合 作用.共同组成完整的功能系统. 如何有效的协调各个子系统设计团队的工作.让团队之 间达到信息共享,互通有无.并保证子系统的设计质量和整 体性能.实现产品设计真正的一体化和协同化.从而提高设 计效率.节省设计成本.缩短开发周期.这是一个非常重要 的问题. 为了达到上述目标.我们必须满足以下三个层次的需 求: 第一.具备各子系统和各学科领域有效的集成仿真工具. 从而保证各子系统的设计水准和可靠性: 第二.能够实现各仿真工具之间的无缝集成和数据交换. 在统一架构下实现模型整合 第三.为了能够协调和管理各设计团队.以及在设计过 程中产生的大量数据,实现资源优化配置,还必须具有仿真 数据和流程的管理平台.实现各学科领域的真正协同仿真. 目前较为通用和流行的实现多学科集成仿真的方法主要 包括以下三种: 1, 联合仿真式 联合仿真式是目前较为通用,也是使用最多的一种数据 交换方式.两个不同仿真工具之间通过TCP/IP等方式实现数 据交换和调用. 当两个不同仿真工具之间通过联合仿真方式建立连接后. 其中一者所包含的模型可以将自己计算的结果作为系统输入 66中国制造业信息化2006年1月 指令传递给另一者所建立的模型.这种指令包括力,力矩,驱 动等典型信号.后者的模型在该指令的作用下所产生的响应 量.如位移,速度,加速度等.又可以反馈给前者的模型.这 样.模型信息和仿真数据就可以在两者之间双向传递. 联合仿真方式的典型应用有:多体动力学与控制系统 (如车辆控制),结构与气动载荷(如飞行动力学分析).等等. 这是一种最为容易建立和实现的集成仿真方式.具有很强的 普适性.但局限在于难以处理刚性系统.对系统资源占用较 多.某些情况可能速度较慢. 2,模型转换式 模型转换式的主要原理是将其中一个工具的模型转化为 特定格式的包含模型信息的数据文件.供另一个工具中的模 型调用.从而实现信息交互.典型的数据格式如用于刚弹耦 合分析的模态中性文件(mnf).在该文件中包含采用【M],【K], [x]和振型矩阵表示的弹性体信息用于控制机构一体化仿真 以及其它仿真的动态链接库文件(dlI).该文件中包含采用变 量表示的函数信息. 模型转化式的典型应用有:控制,电液与机构一体化仿 真(如飞机操纵面),有限元与多体机构(如刚弹耦合机械系 统).等等.这种方式的特点在于求解速度快.对系统资源占 用较少.稳定性好,并且模型建立后便于重复使用.而局限 则在于需要定义特定数据格式的文件,通用性稍差. 3,求解器集成式 求解器集成式的基本原理是实现两个不同工具之间的求 解器代码集成,从而实现在其中一个仿真环境中对另一个仿 真工具的求解器调用. 求解器集成式的典型应用有:带有屈曲等材料非线性问 题的大型结构模型,带有流固耦合,冲击等几何非线性问题 的大型结构问题等.这种方式的优势在于可以方便有效的运 用多种学科领域的求解技术,便于用户直接使用现有模型,而 局限在于模型中的某些因素如单元类型.函数形式等某些情 况下需要重新定义.同时软件的开发和升级周期较长. MSC.Software多学科协同仿真解决方案 针对多学科协同仿真三个层次的需求,MSC.Software提 供当前最为系统和完整的解决方案. 首先MSCSoftware提供集成的VPD建模仿真环境MSC SimOffice.MSCSimOffice包含一 gt;gt;设计制造 而MSC.ADAMSMSC.NastranMSCFatigue这三者之间 主要通过模型转换方式进行集成.MSC.NastranMSC.Marc. MSC.Dytran集成方式主要是通过求解器集成方式实现整合. 目前MSCEASY5与MSCNastran可以通过模型转换方式实现 直接集成,从而允许在MSC.EASY5中引入弹性体结构数据, 解决控制与结构的耦合问题. 2, MSCSimOffice协同仿真的典型应用方式 由前文可见,MSCSimOffice成员间可以通过良好的集成 能力实现复杂产品的一体化开发.在一个包含控制结构,机 构运动以及疲劳分析等多学科 整套全面的VPD工具用于仿真系统Msc. EAsY5?MscADAMs?Maslfa几?MSC.,FalI多子系统的产品开发流程中 的各种性能,从而高效的建立各子 系统的模型评价系统性能. 其次MSCSimOf