基于继承与转化的多体动力学仿真动态建模及在低压断路器开发中的应用

论文摘要

多体动力学动态仿真建模是产品数字化设计分析的重要研究内容。本文通过仿真动力学模型的深入研究，提出仿真模型约束识别和信息继承转化的方法，给出了动力学约束模型的描述方法和运算规则，实现仿真模型的动态构建。结合低压断路器仿真分析和设计开发需求，建立仿真建模分析系统，简化低压断路器仿真建模，改进低压断路器设计。本文提出的技术和方法，在低压断路器的设计和仿真分析中得到实际应用。第一章，分析了多体动力学快速建模和多学科联合仿真建模的研究发展现状。介绍了仿真技术在低压断路器设计中的应用情况。给出了基于动力学约束识别和联合仿真的动态建模技术的研究背景、内容和研意义。第二章，分析了零部件CAD模型定位关系与多体动力学仿真模型运动约束的隐性关联，给出了两者的共性描述方法，提出了研究运动约束度及其归并运算规则，实现了零部件运动约束的自动识别。第三章，研究了多体动力学仿真模型在异构系统的拓扑映射结构，建立了多体动力学仿真拓扑构型，提出了仿真模型动力学约束的约束简型表示法，实现了动力学约束信息的关联继承，并通过约束偏置变换矩阵和构件位姿变换矩阵的求取，实现了多体动力学仿真模型的动态转化。第四章，针对ADAMS和ANSYS的联合仿真，分析了仿真求解器之间的动态调用和数据多向驱动技术，提出了一种求解器动态多向仿真方法，实现了多体动力学问题和有限元问题的联合求解。第五章，以零部件约束识别技术、仿真模型继承与转化技术以及求解器动态仿真技术为核心，结合低压断路器仿真分析和设计开发需求，开发了面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，阐述了系统的模块结构和主要功能。第六章，利用面向低压断路器的智能化多体动力学仿真分析系统，对塑壳式低压断路器进行了详细仿真分析，计算了低压断路器的重要性能参数，完成了断路器多种工况的分断性能分析，并利用仿真动态建模技术，对低压断路器进行了优化设计研究。第七章，总结本文的研究工作，给出今后进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 多体动力学的建模技术研究
• 1.2.1 仿真模型信息描述结构
• 1.2.2 多体动力学的约束识别
• 1.2.3 多体动力学的动态建模
• 1.3 复杂产品的多学科混合仿真建模研究
• 1.3.1 基于场祸合的仿真建模
• 1.3.2 基于统一语言的仿真建模
• 1.3.3 基于求解器集成的仿真建模
• 1.4 仿真技术的低压断路器设计应用研究
• 1.4.1 低压断路器的机构分析
• 1.4.2 低压断路器的热分析
• 1.4.3 低压断路器的电磁分析
• 1.4.4 低压断路器的电弧分析
• 1.5 本文研究内容及组成结构
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容和章节安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 多体动力学仿真的零部件约束识别技术
• 2.1 引言
• 2.2 零部件的运动约束度的基本概念
• 2.3 零部件定位关系与运动约束度的映射分析
• 2.3.1 定位元素的描述
• 2.3.2 几何图元关系与运动约束度的映射
• 2.3.3 定位关系与运动约束度的映射
• 2.4 零部件运动约束关系与运动约束度的映射分析
• 2.5 零部件运动约束关系的动态识别
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于继承与转化的多体动力学建模技术
• 3.1 引言
• 3.2 多体动力学仿真的拓扑构型描述
• 3.3 基于拓扑构型的仿真模型约束继承
• 3.4 基于拓扑构型的仿真模型动态转化
• 3.5 多体动力学仿真的动态建模
• 3.5.1 拓扑构型的建立
• 3.5.2 仿真模型的继承与转化
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于求解器集成的动态多向仿真技术
• 4.1 引言
• 4.2 多求解器的动态联合建模
• 4.3 求解器的实时驱动
• 4.3.1 多体动力学求解器的自调用
• 4.3.2 多体动力学求解器的外调用
• 4.4 仿真约束模型的动态组建和数据多向驱动
• 4.5 求解器的分段仿真
• 4.6 基于求解器集成建模的动态多向求解
• 4.7 本章小结
• 第5章 基于继承转化的多体动力学仿真平台
• 5.1 引言
• 5.2 基于多体动力学动态仿真建模的系统框架
• 5.3 基于识别与继承转化的多体动力学仿真建模核心
• 5.4 基于任务分配的动态建模仿真流程
• 5.5 基于多体动力学动态建模仿真的系统模块化
• 5.5.1 基于动力学约束识别的仿真建模模块
• 5.5.2 面向低压断路器的仿真分析模块
• 5.5.3 面向低压断路器的仿真后处理模块
• 5.5.4 基于继承与转化的仿真动态建模模块
• 5.5.5 基于多向驱动的数据交互模块
• 5.5.6 基于多向动态联合的仿真求解模块
• 5.6 本章小结
• 第6章 低压断路器仿真建模与分析应用实例
• 6.1 引言
• 6.2 低压断路器的基本结构、工作原理及数学模型
• 6.2.1 操作机构
• 6.2.2 脱扣机构
• 6.2.3 触头系统
• 6.3 低压断路器零部件运动约束识别建模
• 6.4 面向低压断路器的仿真分析和参数检测
• 6.4.1 低压断路器的静力学分析与合闸稳定性检测
• 6.4.2 低压断路器的动力学分析与手动分断性能检测
• 6.4.3 低压断路器瞬时过载分断的仿真分析
• 6.4.4 低压断路器过载长延时分断的仿真分析
• 6.5 低压断路器优化设计中的仿真模型动态重建
• 6.5.1 模型的参数化
• 6.5.2 仿真模型的动态重建
• 6.5.3 基于模型动态重建的参数敏感度分析
• 6.5.4 基于模型动态重建的设计研究
• 6.5.5 基于模型动态重建的优化分析
• 6.6 本章小结
• 第7章 全文总结和展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 附录: 攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目
• 致谢