[发明专利]一种柔性模型建模方法

说明书

本发明公开了一种柔性模型建模方法，涉及动力学仿真建模技术领域，包括以下步骤：基于有限元法将柔性模型分解为多个单元，每个单元均包括两个有限元节点；对多个单元施加外力，计算多个单元的应变以及应力；通过多个单元的应变以及应力得到多个有限元节点的变形坐标；根据多个有限元节点的变形坐标计算得到多个有限元节点的模态坐标；基于运动学原理通过多个有限元节点的模态坐标计算多个有限元节点的动能；基于拉格朗日方程通过多个有限元节点的动能计算得到柔性模型的运动学方程；根据柔性模型的运动学方程进行建模。本发明的建模方法具有仿真模型互换性、高效性以及实时准确性的优点。

技术领域

本发明涉及动力学仿真建模技术领域，特别是涉及一种柔性模型建模方法。

背景技术

在大型复杂模型的建模过程中，为了贴合实际情况，需要对模型的结构设计进行多次更改，包括模型的数量、结构和尺寸等，模型的一个更改会导致其相关的动力学特性发生比较大的改变，如果按照传统的建模方法进行建模，则需要重新分析动力学特性并设计适用于该模型的动力学模型。因为一个模型附件的改变而导致模型需要重新建模，这样产生的时间和设计成本是非常巨大的。

因此，为了解决上述问题，需要一个方便快捷通用的建模方法。早期的模型内部结构比较简单，所以在动力学上使用运动-弹性动力学建模方法进行建模，该方法使用力学和结构动力学进行简单的叠加，忽略了模型之间的耦合关系，而且随着现代机械系统的发展，这样的建模方式存在不够准确的缺点。

对此，目前的实时仿真、模块化建模以及动力学仿真模型都存在局限性，实际生产中不能对一些比较复杂的软件进行实时准确的仿真。

发明内容

本发明提供了一种柔性模型建模方法，旨在解决目前动力学模型难以满足仿真模型互换性、高效性以及实时准确性要求的问题。

本发明提供了一种柔性模型建模方法，包括以下步骤：

基于有限元法将柔性模型分解为多个单元，每个单元均包括两个有限元节点；

对多个单元施加外力，计算多个单元的应变以及应力；

通过多个单元的应变以及应力得到多个有限元节点的变形坐标；

根据多个有限元节点的变形坐标计算得到多个有限元节点的模态坐标；

基于运动学原理通过多个有限元节点的模态坐标计算多个有限元节点的动能；

基于拉格朗日方程通过多个有限元节点的动能计算得到柔性模型的运动学方程；

根据柔性模型的运动学方程进行建模。

优选的，计算多个单元的应变以及应力，包括以下步骤：

获取多个已知单元的节点位移列阵；

根据变分原理，建立单元上节点力列阵与多个已知单元的节点位移列阵之间的关系式，得到单元的平衡方程；

将多个单元的平衡方程进行汇总，得到柔性模型的总平衡方程；

根据总平衡方程得到多个未知单元的节点位移列阵；

根据未知单元的节点位移列阵计算多个未知单元的应力和应变，得到多个单元的应变以及应力。

优选的，所述单元的平衡方程如下所示：

{f}＝[k]^e{δ}^e

式中，{f}为单元上的节点力列阵，[k]^e为单元的刚度矩阵，{δ}^e为单元的节点位移列阵。

优选的，所述柔性模型的总平衡方程如下所示：

{F}＝[K]{δ}