多自由度机械振动系统的可视化仿真

《多自由度系统振动》课件

多自由度系统振动涉及到多个自由度的运动，其动力学行为比单自由度系统更为复杂。掌握多自由度系统振动的基本原理和方法，对于解决实际工程问题、提高设备性能和安全性具有重要意义。
课程目的
理解多自由度系统振动的特性，包括固有频率、模态振型等。
掌握多自由度系统振动的基本原理和数学模型。
学习多自由度系统振动的分析方法，包括直接法、模态法和传递矩阵法等。
控制算法则是实现控制策略的具体计算方法。常见的控制算法包括PID控制、状态反馈控制、最优反馈控制等。这些算法可以根据系统的特性和要求进行选择和优化。
05
多自由度系统振动应用
机械系统振动控制
机械系统中的多自由度振动问题广泛存在，如旋转机械、往复机械和柔性机械等。控制这些振动可以提高机械系统的稳定性和可靠性，减少磨损和疲劳，延长使用寿命。
多自由度系统振动
CONTENTS
• 引言 • 多自由度系统振动基础 • 多自由度系统振动特性 • 多自由度系统振动控制 • 多自由度系统振动应用 • 课程总结与展望
01
引言
课程背景
机械系统振动是工程领域中常见的问题，多自由度系统振动更是其中的重要分支。随着科技的发展，多自由度系统在许多领域如航空航天、交通运输、能源等都得到了广泛应用，因此对多自由度系统振动的研究具有重要意义。
多自由度系统振动与多个学科领域密切相关，如结构力学、流体力学和声学等，需要加强这些交叉学科领域的应用研究。
多自由度系统振动实验平台的搭建与验证
为了验证多自由度系统振动理论和方法的有效性，需要搭建更加先进的实验平台，并开展更加系统的实验研究。
谢谢您的聆听
THANKS
被动控制技术
被动控制技术是通过改变系统的刚度、阻尼和/或质量分布来减小系统的振动。被动控制技术不需要外部能源，而是利用自然现象或物理效应来减小系统的振动。

基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第17期·67·文章编号：2095－6835（2020）17－0067－03基于MATLAB 的二自由度和四自由度汽车振动模型分析金琦珺，罗骞＊（武汉理工大学汽车工程学院，湖北武汉430070）摘要：以普通乘用车为例，将汽车简化成独立悬架整车二自由度与四自由度动力学模型，根据牛顿第二定律求出系统的运动微分方程，并利用MATLAB 研究了汽车振动的频率响应特性，求解得到该振动系统的固有频率和各主振型，绘制出车身、前后轴振动对前后轮激励的频率响应曲线图。

并着重研究了轮胎阻尼对汽车平顺性的影响。

该研究能够对减轻汽车振动及提高汽车行驶平顺性提供一定有益的参考。

关键词：MATLAB ；二自由度：四自由度；自由振动中图分类号：TH701文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.17.0261引言机械振动对于人类的生产生活来说是一把双刃剑，既可以服务于人类，又对人类的生产活动有重大危害。

机械振动既有有利的一面也有有害的一面。

需对振动进行动态分析，通过研究物体偏离平衡位置的位移、速度、加速度等的动态变化来达到目的。

在物体的平衡点附近出现的物体的来回运动，有线性和非线性两种振动模式。

由于外界对系统的激励或作用，使得机械设备产生噪声及有损于机械结构的动载荷，从而影响设备的工作性能和寿命。

尤其是发生共振情况时，可能使机器设备受到损坏，所以急需对机械振动的相关原理进行研究。

为了合理减小振动对设备的危害，充分利用振动进行机器运作，对机械振动产生的规律进行了探讨和研究。

随着计算机智能系统的快速发展，相关的仿真技术都出现了极大的提升空间，在日常的生产活动中，人们经常用到的相关软件有adams 、abaqus 等。

目前MATLAB 计算机软件在计算机的仿真方面使用更加广泛一些，MATLAB 是一款拥有强大绘图能力的工程计算高级计算机语言。

动力学主要仿真软件

车辆动力学主要仿真软件1960年，美国通用汽车公司研制了动力学软件DYNA，主要解决多自由度无约束的机械系统的动力学问题，进行车辆的“质量－弹簧－阻尼”模型分析。

作为第一代计算机辅助设计系统的代表，对于解决具有约束的机械系统的动力学问题，工作量依然巨大，而且没有提供求解静力学和运动学问题的简便形式。

随着多体动力学的诞生和发展，机械系统运动学和动力学软件同时得到了迅速的发展。

1973年,美国密西根大学的N.Orlandeo和，研制的ADAMS软件，能够简单分析二维和三维、开环或闭环机构的运动学、动力学问题，侧重于解决复杂系统的动力学问题，并应用GEAR 刚性积分算法，采用稀疏矩阵技术提高计算效率。

1977年,美国Iowa 大学在，研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法并编制了DADS软件，能够顺利解决柔性体、反馈元件的空间机构运动学和动力学问题。

随后，人们在机械系统动力学、运动学的分析软件中加入了一些功能模块，使其可以包含柔性体、控制器等特殊元件的机械系统。

德国航天局DLR早在20世纪70年代，Willi Kortüm教授领导的团队就开始从事MBS软件的开发，先后使用的MBS软件有Fadyna （1977）、MEDYNA（1984），以及最终享誉业界的SIMPACK（1990）.随着计算机硬件和数值积分技术的迅速发展，以及欧洲航空航天事业需求的增长，DLR决定停止开发基于频域求解技术的MEDYNA软件，并致力于基于时域数值积分技术的发展。

1985年由DLR开发的相对坐标系递归算法的SIMPACK软件问世，并很快应用到欧洲航空航天工业，掀起了多体动力学领域的一次算法革命。

同时，DLR首次在SIMPACK软件中将多刚体动力学和有限元分析技术结合起来，开创了多体系统动力学由多刚体向刚柔混合系统的发展。

另外，由于SIMPACK算法技术的优势，成功地将控制系统和多体计算技术结合起来，发展了实时仿真技术。

第9课_多自由度系统的振动响应 ppt课件

Physical Coordinates = CHAOS
Modal Space = Simplicity
Rotor
Bearing
Bearing
Foundation
21
1 1
q1
021
22
2
1
q2
022
23
3
1
q3
023
方程(1)与方程(2)计算量差多少？
1 2 3 4 x1 1

2 3 4
(2)
振型叠加法主要计算过程
1. 特征值分析：求解系统的固有频率和模态振型 2. 坐标变换：将运动方程转换到模态空间 3. Duhamel积分：求解一系列单自由度系统振动方程 4. 振型叠加：得到系统的物理响应
Solution of a SDOF system
空间中的运动方程是解耦的。
线性叠加原理
阻尼矩阵呢？
• 模态空间中系统总响应等于各单自由度响应之和，从而可以独立求解各振型方程，再叠加得到系统的响应。
With regard to
振型叠加法的计算量
几乎所有的工程结构的振动响应中低阶模态振动占主导地位，高阶振动影响极小，因此只采用低几阶模态进行振型叠加计算可以获得足够的精度（模态截断），这一思想在大量工程实践得到充分证明。

0

（3）
可表示为 Gx Hx Ef (t)
（4）
式中
C G M
M
0

，
H

K

0
0 M

，
E

I 0
，
x

q q

基于ANSYS的多自由度汽车振动分析

目录1 绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.1.1汽车振动研究的背景和意义 (1)1.1.2汽车振动研究的主要问题 (2)1.2 国内外汽车振动建模与仿真研究现状 (4)1.2.1 面向结构和面向参数的方法比较 (4)1.2.2 汽车常用动力学模型介绍 (4)1.2.3 国内汽车振动的研究 (12)1.3 ANSYS软件介绍 (13)2 路面激励 (14)2.1引言 (14)2.2路面不平度的统计特性 (14)2.2.1 路面不平度的功率谱密度 (14)2.2.2 空间功率谱谱密度)(nGq 与时间频率)(fGq的关系 (16)2.3 路面激励的生成 (17)2.4 路面对四轮汽车的输入功率谱密度 (18)2.5车辆振动的评价方法 (19)2.6随机输入平顺性评价指标 (19)3 ANSYS软件下汽车振动分析 (23)3.1 汽车模型的建立 (23)3.1.1汽车模型的选择 (23)3.1.2 ANSYS中建立汽车模型 (23)3.2模态分析 (27)3.2.1模态分析简介 (27)3.2.1 模态分析步骤 (28)V3.2.3模态分析结果 (29)3.2功率谱密度分析（PSD分析） (31)3.2.1 ANSYS谱分析简介 (31)3.2.2 ANSYS功率谱密度分析（PSD）步骤 (31)3.3模态合并 (35)3.4查看结果 (36)4 结果分析 (40)4.1路面等级对振动的影响 (40)4.2车速对振动的影响 (43)4.3悬架参数对振动的影响 (46)5 车架柔性时的响应谱 (51)5.1模型建立 (51)5.2模态分析 (52)5.3功率谱密度分析 (55)5.4模态合并 (55)5.4结果查看 (55)5.4车架刚性和柔性对响应谱的影响 (55)参考文献 (56)致谢 (58)附录 (59)VI1 绪论汽车振动的分析研究是为了提高汽车平顺性，汽车平顺性是指汽车过程中能保证乘员不致因车身振动而引起不舒适和疲乏感觉，以及保持运载货物完整无损的性能。

机械动态仿真技术_多自由度(多体)振动建模仿真_第12课

安徽理工大学机械工程学院
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2015/8/2
1 多体之间的相互关系
2.No Separation（不分离）:这种接触方式和绑定类似。它只适用于面。不允许接触区域的面分离，但是沿着接触面可以有小的无摩擦滑动。 3.Frictionless（无摩擦）:这种接触类型代表单边接触，即，如果出现分离则法向压力为零。只适用于面接触。因此，根据不同的载荷，模型间可以出现间隙。它是非线性求解，因为在载荷施加过程中接触面积可能会发生改变。假设摩擦系数为零，因此允许自由滑动。使用这种接触方式时，需注意模型约束的定义，防止出现欠约束。程序会给装配体加上弱弹簧，帮助固定模型，以得到合理的解。
安徽理工大学机械工程学院
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2015/8/2
安徽理工大学机械工程学院
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2015/8/2
例一：杜瓦结构的屈曲：非线性分析
安徽理工大学机械工程学院
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特征值屈曲分析特征值屈曲不考虑任何非线性和初始扰动，
因此它只是一种学术解，利用特征值屈曲分析可以预测出屈曲载荷的上限，然而在通常情况下我们都期望得到保守载荷（下限）。特征值屈曲分析的优点是计算快。
安徽理工大学机械工程学院
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2015/8/2
分析过程：导入模型：一般的建议是上述的模型在其它的三维模型中建立后，导入到 ansys 中。
workbench是可以自动加入接触的，但是一般都是采用的绑定(bonded）这个约束，需要根据实际情况进行修改。
安徽理工大学机械工程学院
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2015/8/2
响应时的特征形状)的技术。
在ansys下做的屈曲分析与SW所做的分析在结果上看还是有一点区别的，但似乎SW更符合我们的思想。

机械系统的可视化与仿真技术研究

机械系统的可视化与仿真技术研究一、引言机械系统的可视化与仿真技术是一门涉及机械工程、计算机图形学和人机交互等多学科交叉的领域。

随着计算机技术的飞速发展，可视化和仿真技术在机械制造、维修和教育等领域的应用日益广泛。

本文旨在探讨机械系统的可视化与仿真技术的研究进展和应用前景。

二、机械系统的可视化技术机械系统的可视化技术主要基于计算机图形学和虚拟现实技术，通过三维模型、动画和交互界面等手段将机械系统的结构、运动和功能等信息直观呈现给用户。

可视化技术可以帮助用户更好地理解和分析机械系统，提高工作效率和决策准确性。

在机械系统的可视化技术中，三维建模是基础和关键环节。

通过对机械系统进行三维建模，可以准确地还原其外观和内部结构。

目前，常用的三维建模软件有SolidWorks、CATIA和AutoCAD等。

这些软件提供了丰富的建模工具和材质库，使得用户可以根据实际需求创建高质量的机械模型。

除了三维建模，纹理映射和光照模拟等技术也对机械系统的可视化效果起到重要作用。

纹理映射可以为机械模型添加细节和真实感，如表面纹理、颜色和透明度等。

光照模拟则可以模拟不同光源对机械系统的照明效果，使得可视化效果更加逼真和自然。

另外，交互界面是机械系统可视化的重要组成部分。

通过合理设计的交互界面，用户可以自由地浏览、操作和分析机械系统。

目前，常用的交互界面包括鼠标、键盘、触摸屏和虚拟现实设备等。

这些交互设备可以模拟真实的物理操作，提供更真实和沉浸式的用户体验。

三、机械系统的仿真技术机械系统的仿真技术是通过计算机模型和数值计算方法来模拟和预测机械系统的运动、力学和响应等行为。

仿真技术可以帮助用户快速评估和优化机械系统的设计和性能，并减少实际试验的时间和成本。

在机械系统的仿真技术中，刚体动力学和多体动力学是常用的数学模型。

刚体动力学可以用来描述机械系统的运动和力学行为，通过求解运动方程和约束方程可以得到系统的运动轨迹和受力情况。

多体动力学则可以描述机械系统中多个刚体之间的相互作用和力学行为，包括碰撞、摩擦和接触等。