理论教育 动力学仿真技术:概述与优势

动力学仿真技术:概述与优势

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:近几年来,多体动力学仿真技术开始应用于装甲车辆的研制工作,也大大改变了装甲车辆研制工作的状态。这些理论的发展和完善为通过建模仿真技术来研究坦克装甲车辆的动力学性能奠定了基础。随着坦克装甲车辆的重型化和机动性能的提高,仅仅通过试验手段获取数据已经显得力不从心,各国新型坦克装甲车辆的研制周期不断缩短,这也促使人们运用仿真技术来研究坦克装甲车辆。

动力学仿真技术:概述与优势

装甲车辆是一个十分复杂的武器系统,在以往的研制过程中需要反复几轮试制样机并进行各种试验,以验证设计的正确性和产品的适用性。这种对物理样机进行试制、试验的方法,大大延长了装甲车辆的研发周期和增加了研发费用。

随着数字仿真技术在设计中的应用发展,新产品开发的设计与制造流程发生了巨大的变化,开始向着数字化、集成化的方向发展。近几年来,多体动力学仿真技术开始应用于装甲车辆的研制工作,也大大改变了装甲车辆研制工作的状态。该技术从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发,解决传统设计与制造过程的弊端。在该技术中,工程设计人员可以利用CAD 系统所提供的各零部件的物理信息及几何信息,在计算机上定义零部件间的连接关系,并对机械系统进行虚拟装配,从而获得机械系统的虚拟样机,使用系统仿真软件在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动,并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析,特别是对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验进行仿真,在计算机上方便地修改设计缺陷,仿真试验不同的设计方案,不断对整个系统进行改进,直至获得最优设计方案以后,再做出物理样机。这不但使研发周期大大缩短、研发成本大大降低,而且确保了最终产品一次安装成功。

近年来,兵器行业在装甲车辆研制中应用数字仿真技术对设计方案进行论证和优化,并对技术指标进行试验仿真取得了很大的进展,如在某某工程建立了参数化的三维模型,进行了数字化预装配,干涉检查、整车性能优化分析及有限元仿真分析,并对某些整车性能指标进行了仿真试验。目前,在装甲车辆的研制过程中已初步建立了装甲车辆的数字仿真研制系统,并对其进行了仿真分析试验。例如,利用ADAMS 软件进行了装甲车辆制动性能、转向性能、平顺性能的仿真分析试验等。

现代战争对坦克装甲车辆的要求不断提高,提高车辆的机动性能成为重要课题。坦克装甲车辆出现于200 多年前,但真正的发展是在第二次世界大战之后。这是由于坦克装甲车辆本身是一个非常复杂的机械系统,而且其使用环境十分复杂多变。由于缺乏对路面特性的认识和车辆对路谱响应的研究,人们很难对车辆的机动性能有深刻全面的认识,所以在坦克装甲车辆出现后的很长一段时间里,对其的研究一直处于“经验加试验”阶段,设计—试制—试验—改进一直是坦克装甲车辆研究的传统模式。这种模式的弊端是很明显的,它是建立在经验公式和大量试验基础之上的,需要大量的人力、物力,研制周期长。(www.daowen.com)

第二次世界大战后,随着对坦克装甲车辆需求的增加和相关基础理论的发展和完善,人们对坦克装甲车辆的认识更加深刻了,并将其研究推进到新的水平。首先是地面力学的发展和完善,使车辆- 地面间的作用力关系不再神秘,特别是Bekker 的压力- 沉陷关系,使对坦克装甲车辆在某些路面上的力学性能的预估成为可能。其次,计算机的出现、发展和数值算法在计算机上的实现,使得描述车辆动力学性能的大量代数/微分方程得以求解,数值仿真得以实现。最后,近年来多体动力学的发展为解决坦克装甲车辆自身复杂性的问题提供了出路。运用多体力学的方法,可以把构成坦克装甲车辆的各个部件作为刚性体或柔性体,通过各种约束组合起来,求解约束方程和动力学方程就可以获得车辆的动力学性能。这些理论的发展和完善为通过建模仿真技术来研究坦克装甲车辆的动力学性能奠定了基础。

仿真技术伴随着计算机的发展日臻成熟,它对坦克装甲车辆的研究具有重要意义。随着坦克装甲车辆的重型化和机动性能的提高,仅仅通过试验手段获取数据已经显得力不从心,各国新型坦克装甲车辆的研制周期不断缩短,这也促使人们运用仿真技术来研究坦克装甲车辆。

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