模拟多体系统的动力学
“多体动力学模块”是 COMSOL Multiphysics®软件的一款附加产品，其中提供一套先进的工具，支持使用有限元分析（FEA）来设计、优化二维和三维多体系统，能够模拟柔体和刚体混合系统，同时减少计算工作量，帮助用户找到系统中的关键部件，方便您在汽车工程、航空航天工程、生物力学等主要应用领域执行更加详细的部件级结构分析。
本模块提供内置的多物理场耦合，包括声-结构、实体-轴承和流体-多体相互作用。COMSOL®软件的多物理场功能支持将多体动力学与其他物理效应（例如高级传热、流体流动、声学和电磁学）进行耦合分析。此外，您还可以进一步扩展建模功能，将非线性结构材料和 CAD 导入功能纳入建模仿真，以满足更广泛的仿真需求。
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在多体系统建模中，柔体和刚体通过各种连接方式（例如关节、齿轮、凸轮、轴承、弹簧或阻尼器）相互作用，并承受大量的位移和旋转载荷。使用“多体动力学模块”的优点之一是您可以轻松混合刚性和柔性部件，以实现更为灵活的模型构建。
通常情况下，多体仿真中的所有或大部分部件都是刚性的，因此只需考虑刚体的自由度。然而，在某些情况下，您可能希望将其中一个或多个部分表示为柔性部件。借助本模块中提供的材料模型，您可以选择性地将刚性和柔性部件指派到模型，以执行包括非线性材料效应在内的详细结构分析。举例来说，“多体动力学模块”可用于计算结构的刚性部件中关节所承受的力，以及柔性组件中产生的应力。
“多体动力学模块”为组件的静态和动态行为建模提供了强大的工具，能够捕捉它们之间的平移和旋转运动，您可以执行各种类型的动态模型分析，包括：
举例来说，本模块可用于模拟齿轮或链条等传动部件的动力学。然后，您可以将多体分析的结果用于其他类型的分析，例如疲劳评估或声学分析，以准确评估系统产生的噪声情况。
本模块可以计算多种物理量，包括位移、速度、加速度、关节力、齿轮接触力，以及柔性部件中的应力等。此外，您还可以对刚体之间的摩擦接触进行建模，与基于网格的标准接触相比，这种方法更加稳定和高效。
探索 COMSOL®软件的多体动力学工具，助您实现多体系统的设计与优化。
进行多体动力学分析时，您可以在 COMSOL Multiphysics®环境中完成建模过程的所有步骤。“多体动力学模块”内置了一个多体动力学接口，它是最为重要的工具之一，用于对柔性和刚性组件或两者组合的装配进行建模，其中提供了多种选项，包括模拟各种类型的关节、齿轮、链轮组件以及凸轮-从动机构。“零件库”可以帮助您构建组件的几何形状。软件会自动处理网格划分和求解器设置，并提供多个手动编辑选项。
集总机械系统接口可通过具有集总组件（例如质量块和弹簧）的回路表示来模拟抽象的机械系统。这些集总组件可以按串联或并联的方式排列，用于分析位移、速度、加速度和力。
集总-结构连接多物理场耦合可用于将这些系统插入基于任意结构力学物理场接口构建的有限元（FE）模型中。
典型的链传动是由两个或多个链轮构成的组件，链轮上缠绕着链条，可以将机械动力从一个轴传递到另一个轴。通过使用多体动力学接口中的链传动特征，您可以对滚子链轮组件进行二维或三维建模，不仅能够确定链传动组件内的相互作用，还能自动生成一组多体动力学特征来描述组件的行为。
滚子轴承广泛应用于低速场景，其中噪音水平并不是一个重要的考虑因素。尽管这些轴承的使用寿命有限，尤其在不对中的情况下更为明显，但由于其成本较低，更换轴承变得轻而易举。
“多体动力学模块”与转子动力学模块结合使用时，可以提供多种不同类型的三维预定义径向滚子轴承，包括：
凸轮-从动件连接特征用于通过在凸轮及其从动件之间施加双向约束来模拟简化接触。凸轮-从动系统通过一个点沿一组边界或边的跟随运动进行定义。凸轮可以在刚体和弹性体上定义，因此凸轮边界或边可以经历任意形式的刚体运动或变形。
该工具允许您将任何用户定义的凸轮轮廓绘制成几何模型，并根据位移、速度和加速度曲线计算从动件的运动。此外，还可以计算接触点的连接力，因此，通过查看连接力的符号，就可以预测凸轮与从动件之间的间歇接触。
在“多体动力学模块”中，我们引入了 Craig-Bampton 方法，可以将线性部件简化为计算效率高的降阶模型。通过这种方法，您可以将这些部件用于完全由降阶部件组成的模型中，或者与非降阶弹性有限元模型结合使用，后者可以是非线性的。这一方法被称为部件模态综合法或动态子结构方法，在计算时间和内存使用率方面带来了显著的改进。
为了设计逼真的多体动力学系统，本模块提供了一个全面的预定义关节集合，相互连接的多体组件之间的相对运动根据关节类型受到约束。其中包含以下关节类型：
除了选择适当的关节类型外，您还可以对关节应用额外的属性，例如弹性、摩擦、约束（允许最大运动范围）和锁定。
本模块提供一个预定义的齿轮和齿条集合，让您能够轻松而可靠地创建包含多个运动部件的传动系统模型。通过自动检查正确轮齿啮合的可比性标准，该工具可以帮助您确定正确的齿轮副。齿轮可以直接安装在刚性或柔性轴上，也可以通过使用铰链和衬套进行安装。
为了增加传动系统模型的准确性和真实性，齿轮副还可以包含弹性、传动误差、齿隙和摩擦等额外参数。以下是我们提供的齿轮和齿条类型：
为了准确模拟刚体之间的机械接触，我们提供了刚体接触特征，可以轻松模拟标准形状刚体之间的无网格接触。根据源体和目标体的形状，您可以使用以下不同类型的公式：
除了这些刚体接触公式以外，我们还提供了一种通用公式，用于分析两个体（其中至少一个是柔体）之间的分布式接触。
在进行液体动压轴承的多体分析时，需要与“转子动力学模块”中的液体动压轴承接口进行耦合。本接口可用于分析三维液膜轴承，其中使用表面几何进行有效建模。当模型中同时存在多体动力学和液体动压轴承接口时，您可以使用实体-轴承耦合多物理场耦合功能，轻松地对多体系统中的以下轴颈轴承进行建模：
“多体动力学模块”提供了一个内置几何库，用于创建不同类型的齿轮，包括二维和三维两种形式。利用这个强大的几何库，您可以构建齿轮齿、单个齿轮、一对齿轮或整个轮系。所有齿轮几何都经过参数化处理，您可以根据需要改变输入参数，以定制齿轮齿或齿轮毛坯的形状。为了确保几何图形的有效性，我们还提供了一个特征，用于检查输入参数值的一致性。
尽管齿轮特征是一种纯数学描述，但几何部分主要用于可视化目的。您也可以将它们用于详细的有限元模型。此外，“零件库”还包含参数化的链轮和滚子链零件，可供您随意使用。
在同一软件环境中轻松耦合多个物理场相互作用。
执行多体分析以计算声学振动和噪声。1
模拟受磁力或感应电流影响的刚体动力学。2
分析摩擦热和热膨胀。3
将轴承仿真与多体仿真相结合。4
使用通用结构力学来增强多体动力学模型，从而对梁、壳和非线性材料等进行建模。5
在二维和三维中模拟电磁效应和振动。2
模拟流体和刚性或可变形固体相互影响的现象。
对关键柔体执行疲劳分析。6
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