Simpack软件简介.doc

INTEC公司：SIMPACK软件SIMPACK是什么？SIMPACK 是机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学软件。利用SIMPACK软件，工程师可以像构筑Cad模型一样，快速建立机械系统和机电系统的的动力学模型，包含关节、约束、各种外力或相互作用力，并自动形成其动力学方程，然后利用各种求解方式，如时域积分，得到系统的动态特性，或频域分析，得到系 统的固有模态及频率以及快速预测复杂机械系统整机的运动学/动力学性能和系统中各零部件所受载荷。由于SIMPACK软件强大的运动学/动力学分析功能，可建立任意复杂机械或机电系统的虚拟样机模型，包括从简单的少数自由度系统到高度复杂的机械、 机电系统（如链条、列车等）。对用户来说，SIMPACK软件可以被应用到产品设计、开发、优化的任何阶段。力学方程求解有三项重要指标，分别为速度、精度和稳定性。由于采用了最新的数学力学方法，SIMPACK软件在计算速度极其优异的同时，仍保持了很高的计算精度和稳定性，这是其它同类产品所不具备的。由于求解器超常的能力，SIMPACK软件得到许多知名大公司的认同，其用户包括有BMW、DaimlerChrysler、Bombardier和Siemens等，且这些均为SIMPACK软件多年的忠实用户。 SIMPACK软件的亮点1. 全新的递归算法、相对坐标系以及子结构建模方法；2. 快速、稳定、可靠的求解器；3. 完善强大的碰撞建模和求解功能；4. 独有的和控制分析软件(MATLAB)双向的协同仿真技术；5. 全参数化的机械系统和控制系统分析模型；6. 独有的源代码输出功能；7. 唯一可以进行多体系统实时仿真的技术；8. 快速高效、优化的弹性体建模和求解器；9. 独有的软件一体化技术，使专业模块和通用模块100%兼容；10. 完整、安全可靠的数据库管理技术；11. 专业标准化的数据结果处理技术；12. 功能强大的专业化模块。 Simpack的基本模块：SIMPACK Kinematica and Dynamics模块主要特征：*是SIMPACK软件的核心模块*可视化的三维实体建模技术*SIMPACK 积分器*固有模态/频率分析*静力学求解*三维动画和曲线作图分析工具箱*可扩展的动态模型库如关节、弹簧、阻尼器、摩擦力等*积分设置管理 一旦建模完成，工程师便可以利用SIMPACK强大的求解器，可对其进行各种分析，包括静力学分析、运动学分析、动力学分析、逆动力学分析、模态分析、受迫振动响应分析。 SIMPACK Model Set-up采用图形用户界面，建模方便，快捷，不但初学者容易上手，对于专家来说，其强大功能可全面控制整个建模过程。SIMPACK前处理器-Model Set-upSIMPACK Model Set-up带有非常丰富的建模元器件库，包括零件、关节、约束、力、碰撞、函数、控制元件等等，采用3D鼠标拾取，这可使工程师的建模更快速、高效、准确。并且有效地利用3D鼠标不仅可以提高建模效率，同时可以极大地减少建模错误。SIMPACK Model Set-up不但可以构造各种3D几何造型，同时，用户CAD产品构造的复杂模型同样可以准确传递到SIMPACK Model Set-up中，这样既可加速建模过程，同时模型外形也更为逼真。尤为重要的是，任何SIMPACK所建立的复杂模型，均可以将其动力学方程以C语言或 Fortran语言原程序的形式输出，这对于实时控制系统设计或分时计算等特殊要求的用户有着特别的意义，而这也是其它动力学仿真软件所不具备的。 SIMPACK建模快速、准确，可帮助用户尽量减少错误发生。性能优异的求解器-Solver一旦模型建立，求解器便自动形成系统的动力学方程组。SIMPACK采用先进的相对坐标系方法建模 并采用递归方式进行程式推导，形成的动力学方程组数 目最小，因而求解非常快速。当模型的零件越多，自由度越大时，这种建模方法所带来的优势就尤为明显。而其它程序采用绝对坐标系建模方法，所建立的方程组往往是自由度的幂次方，其求解速度将急剧降低。采用相对坐标系，不但建立的方程数目最少，求解速度快，同时，求解的稳定性和可靠性也大大提高，这些性能已经得到无数考题的测试与验证。另外，作为专家级的仿真软件，SIMPACK提供了许多求解参数的手动设置，给高级用户更大的自主度，这对于复杂模型求解时作用很大。 即使是非线性极强的接触问题，如铁道轮轨接触-脱离，弹性体接触等复杂力学问题，SIMPACK求解器仍能快速给出准确结果。除了时域积分以外，SIMPACK求解器还有非常强大的静力学求解能力，它不但可以快速寻找到系统的静力平衡位置，尤其重要的是，它还可以预测系统处于任意位置平衡所需条件。同时，标准的求解器还可以进行频域分析，求解系统的固有频率与固有振型。另外，在SIMPACK NVH模块中，还可以在频域内分析系统的振动、冲击、噪声。后处理器：动画/曲线无论是时域积分的运动，还是频域求解的振型，在SIMPACK后处理中均可以动画显示。同时，动画显示时工程师还可以方便地设置所有观测点、观测方 向，从任何角度和任何层面进行观测。最后，所有的动画均可录制成高质量电影文档，供用户后续使用。除了动画观测了解系统的运行学动力学性能之外，SIMPACK后处理还给用户提供了功能非常丰富的曲线作图、曲线输出（ascii，excel）、 曲线输入、曲线编辑、数据分析（如统计、FFT变换、功率谱密度函数）、对比等功能，给用户详细、准确了解系统性能提供了有力的工具。如果用户在仿真分析后需新添加各种测量参数，那么就无需重新计算即可随心所欲地得到结果，极大地节约了用户调试模型反复计算的时间。 SIMPACK专业模块Kinematics and Dynamics 是SIMPACK的核心模块。在核心模块的基础上，INTEC公司还为各工业领域和特殊应用开发了许多附加模块。这些模块可以与核心模块任意搭配使用，给用户提供了丰富的仿真工具，还给用户提供了完整、快速专业的解决方案。附加模块可分为两类，一类是为不同工业领域开发的专业模块，另一类是功能扩充模块。SIMPACK Automotive （汽车专业模块） SIMPACK Automotive 模块是SIMPACK用于汽车行业的专用分析模块，利用该模块实现对轿车、卡车、发动机以及零部件、实时控制系统（如ABS）等的动力学分析。SIMPACK Wheel/Rail （铁道专业模块）SIMPACK Wheel/Rail模块是SIMPACK软件针对铁路行业开发的专用分析工具。工程是利用SIMPACK Wheel/Rail可以快速的建立铁路机车车辆、线路的系统。SIMPACK Wheel/Rail可以完成铁路 行业涉及的全部的动力学分析。SIMPACK Wheel/Rail是目前唯一一个可以进行转辙分析和弓网关系分析的商业化动力学软件。功能扩充模块CONTACT mechanics用户可定义任意形状表面的接触碰撞并进行快速仿真分析。在设计过程中，碰撞问题广泛存在，却是求解十分困难的问题。这些问题包括碰撞的粘滞-滑移现象，柔性体之间的碰撞等等，采用SIMPACK软件，这些极度难题就可迎刃而解。CON-TACT中可以方便地定义任意形状零件的碰撞，同时其求解器还针对碰撞问题进行了许多专门的处理，以使得这类严重非线形问题的解决变得快速、稳定、精确。主要特点：*2D和3D型面碰撞定义；*定义CAD输入的几何外型碰撞；*任意的碰撞力模型，提高碰撞模拟的准确度；*完整的非线性摩擦力模型（库仑摩擦模型和磁滞模型）*专门的自适应算法。USER ROUTIINES为SIMPACK的二次开发工具，用户可以利用C和Fortran语言定义自己的特殊力学元件（如力单元，驱动单元等）NVH (noise-vibration-harshness)支持系统高频振动、冲击、噪声的仿真分析。SIMBEAM用户可以交互式地在SIMPACK Model-Setup中建立三维的弹性梁式结构，方便直观地构筑弹性体。 主要特征：*无须依赖有限元软件即可直接生成弹性体；*完全三维图形显示；*任意截面形状；*完全参数化弹性体模型；*集成于SIMPACK图形用户界面中。用户在SIMPACK中就可建立机电一体的带有控制回路的机电系统。CODE EXPORTSIMPACK是目前多体系统动力学仿真软件中唯一可以输出程序源代码的软件。以往的动力学软件的求解过程和程序的实现对用户是一个完全的 黑匣子，用户只能接受求解器给出的结果，而无法满足不同用户灵活而特殊的要求，例如，要实现和硬件控制系统的接口和实现真正意义上的实时的协同仿真， 因此利用其他的软件实现复杂多体系统动力学的建模几乎是不可能的。SIMPACK这一强大的功能无疑给要实现这一目标的用户提供了一个强有力的工具。 SIMPACK 接口模块SIMPACK采用Parasolid内核与各种CAD软件、FEA软件和CACE软件系统之间均有良好的专用接口。CAD专用接口 CAD系统所生成的模型文件，可以非常容易地传递到SIMPACK中来，SIMPACK针对当今流行的主要三维CAD软件开发有专门的接口模块，用户 可以方便地把在CAD软件中建立的CAD模型转成动力学模型，并完整、高效地传递到SIMPACK中进行仿真分析。这其中包括：ProSIMPro/E软件接口模块 直接在Pro/ENGINEER建模环境下建立机械系统的运动学、动力学模型； 仿真分析就如在SIMPACK中一样方便； 动画显示和数据输出、分析均在Pro/ENGINEER环境内； 系统质量、惯量自动计算； 完备的数据输出能力：如坐标系、几何形状、曲面、零件及完整运动学、动力学模型等。IdeSIM与I-DEAS软件接口 直接在I-DEAS建模环境下建立机械系统的运动学、动力学模型； 系统质量、惯量自动计算； 完备的数据输出能力：如坐标系、几何形状、曲面、零件及完整运动学、动力学模型等。 自动生成多体系统的运动学结构关系；CatSIM与CATIA软件接口 CATIA运动学模型可以完整地输出为SIMPACK的动力学模型； 系统质量、惯量自动计算； 几何形状、几何数据均可传递到SIMPACK中来，进行碰撞设置。FEA专用接口由于拥有强大功能的有限元接口模块FEMBS， SIMPACK软件被公认为是柔性多体动力学软件领域中的领导者。FEMBS可以与绝大多数通用有限软件包括NASTRAN、MARC、ANSYS、 ABQUS、I-DEAS、 PERMAS等均可进行双向数据传递。通过FEMBS模块，可以生成任意形状零部件的弹性体模型均；此外，由于SIMPACK独特的求解技术，因此在柔性多体动力学模型的求解上，不仅速度快，且稳定性和可靠性均很高。这即使是对于汽车、铁道等复杂交通工具动力学模型求解仍十分得心应手。 主要特点： 运用成熟的模态缩减技术，获取准确的模态振型； 与更多的FEA软件接口，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紧凑，方便操作使用； 对有限元软件单元类型几乎没有限制。疲劳分析专用接口为了用户更好地了解系统的疲劳寿命及可靠性，SIMPACK还为主要的疲劳分析软件提供了良好的接口关系，可以输出RPCIII的数据格式，如与ECS Steyr公司的FEMFAT，nCode公司的FE-Fatigue接口。 数字化装配软件接口为了更好的体现虚拟样机的功能，SIMPACK可以和具有数字化装配功能的软件进行接口，将SIMPACK软件的运动学计算结构输入到数字化装配软件 中，进行机构运动干涉检查，以此实现下一代的协同虚拟样机(CFP-Collaborative Functional Prototyping)解决方案。例如，SIMPACK的运动学结果可以输入到Centric Software Inc.公司的Centric Studio软件中，进行动态干涉检查，这一全新的概念已经由Siemens Transportation System（TS）提出，并率先实现。CACE专用接口通过接口，可以实现任何机电系统的建模仿真工作。SIMPACK与Matlab的接口关系是非常灵活而富有特色的。它给用户提供了五种接口方式，极大地满足了用户的各种需求：线性模型输出，SIMPACK的复杂动力学模型可以方便地在任意位形下进行线性化，线性化后的数学模型可以方便地输出并提交给MATLAB使用；函数调用SIMPACK建立的复杂动力学模型可以以原代码的形式输出，提交给MATLAB使用；协同仿真分析，SIMPACK与MATLAB软件均启动，实现数据的同步传递，从而使得SIMPACK所建立的机械系统模型与MATLAB所建立的控制模型有机结合，准确预测得到整机系统的动力学行为。SIMAT用户所建立的SIMPACK模型可以输出给MATLAB软件，在MATLAB软件中进行仿真分析，脱离开SIMPACK环境，这样可以方便地在MATLAB中优化系统的控制模型。同时由于脱离了SIMPACK环境，大大节约系统资源，易于实现实时仿真分析。MATSIM 用户建立的MATLAB控制模型可以输入到SIMPACK中来，从而脱离MATLAB环境，用户在SIMPACK环境下便可以实现机械系统和控制系统的整体仿真和优化，最大限度地优化整机系统的性能。 液压软件 为了考虑机械系统中的液压系统和机械系统的相互作用，SIMACK软件利用和AMESIM、DSHplus液压专用分析软件的接口，实现机械-液压-控制一体化系统的仿真。 SIMPACK行业应用航空业* 起飞/着陆/飞行等过程运动分析 * 起落架系统的力学分析与设计 * 直升机动力学行为分析与设计 * 螺旋桨动力学仿真 * 装载系统可靠性设计 * 飞行员弹射救生过程运动仿真* 机舱门锁机构运动分析 * 系留稳定性分析等 航天业火箭/导弹系统* 总体设计 * 地面发射系统动力学仿真分析* 载荷、结构动特性、力学环境设计 * 包带分离及其它解锁机构设计* 火箭整流罩分离可靠性分析 * 弹道设计仿真 卫星/飞船系统* 卫星/飞船动力学及其控制仿真设计 * 太阳帆板/天线展开过程地面仿真 * 太阳帆板/天线展开机构分析与设计 * 卫星姿态分析与控制* 空间站/飞船系统的捕捉与对接 * 零或微重力环境模拟娱乐及体育设备 * 娱乐机械/机电设备动力学设计 * 健身器械设计 * 摩托车开发造船业* 船载储运系统的设计 * 起锚定位过程仿真 * 船/艇上机械设备运动仿真* 水下发射装置动力学分析 * 模拟海风、海浪和水流的作用* 船用动力设备、传动系统设计机械电子业 *电动工具受力分析 *办公自动化设备运动分析 *家用电器运动设计*照相机快门设计 *继电器起弧及动作过程分析 *仿生学研究通用机械 *工业机床和设备 *机器人 *卷扬机和起重机 *石油机械及装备 *压缩机*包装机械/纺织机械/造纸机械/传输机械 *洗衣机和干洗设备 *