ADAMS与EASY5的联合仿真.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,基于,Easy5/Adams,的高压开关缓冲器分合闸动力学分析报告,合普科技,2012,2,内容,Easy5,产品简介,高压开关缓冲器动力学分析,系统建模,分闸过程分析,合闸过程分析,Adams+Easy5,合闸过程联合仿真分析,总结,3,内容,Easy5,产品简介,高压开关缓冲器动力学分析,系统建模,分闸过程分析,合闸过程分析,Adams+Easy5,合闸过程联合仿真分析,总结,4,Easy5,产品概述,多学科系统级分析,(,控制、液压、气动、多相流、电力传动,),元件结构图建模方式,预定义的物理元件,面向不同专业的应用库,Boeing+MSC,开发,5,Easy5,高级液压库（,Thermal Hydraulic Library,）,Easy5,高级液压库包含丰富的液压建模元件，可以建立包括液压传动控制系统模型或详细的液压元器件模型,对液压系统进行稳态、动态、线性计算,强大的积分器对刚性、高阶、非线性、不连续的液压计算问题具有很高的效率,优化的,Newton-Raphson,迭代算法直接计算系统稳态,线性分析功能帮助用户了解系统特征值分布、稳定性等性能,独特的,“,开关状态,”,（,Switch State,）技术有效处理液压系统中的非连续问题（如：流态变化、硬限制、气穴，等等）,在计算中考虑液压系统的流体可压缩性、流向变化、流态变化、流体属性随压强和温度变化、气穴、水锤、热平衡与热交换、软管弯曲膨胀等问题，模型具有很高的精确性和可靠性,每个建模元件完全参数化，用户可以根据实际设计方案进行参数匹配，参数选择和优化,流体库包含,20,多种标准液压油属性，或者加入用户自定义的液压油属性,非标准液压元件可以基于标准液压元件组建，也可以基于,Fortran/C,语言进行二次开发,6,Easy5,的元件模型均考虑液压系统的各种特殊因素,:,B,口,to/from actuator/motor,KVx I,+,+,+,W,0,W,1,W,4,W,30,W,13,W,14,A30,A13,A14,A40,A,口,W,3,供油口,回油口,P,1,W,40,+,T,FL,可压缩流体动力学,正反向流动和无流状态,流态变化（层流,/,紊流）,包含稳态和,瞬态仿真模型,考虑气穴现象并,跟踪气泡的尺寸变化,液压系统中的热交换和,环境热量损失,瞬态能量影响和水锤（液压冲击）,Easy5,对液体流动特殊问题的处理方法,7,关于,Easy5 Switch State,开关状态,Easy5,采用开关状态来描述气穴、流态和流向变化、活塞位移硬限制等非连续问题Easy5,状态转换功能使得高非线性和非连续的液压系统的仿真具有有效性和精确性,即使对于非连续系统亦可采用快速变步长积分法,.,在仿真中通过精确定位中断点可以提供更精确的仿真结果,:,液压动力元件接触限制,气穴现象的产生和跟踪,液压阀关闭,回流或流动状态,(,层流,/,紊流,),变化,.,显著减少,仿真时间,8,阀口流动,紊流,层流,is the Reynolds number where transition occurs.,9,Easy5,采用开关状态,SWQ,来描述和表征流态和流向的变化,10,Easy5,采用开关状态,SWQ,来描述和表征流态和流向的变化,计算过程可以自动探测流态变化并转换模型方程,可以设置统一的全局雷诺数，也可以每个阀口模块独立设置不同的雷诺数,11,Easy5,采用开关状态,CAV,描述和表征气穴的产生,计算过程可以自动探测气穴产生，并计算气泡尺寸和压力变化,12,Easy5,处理系统热平衡和热传导问题,Easy5,允许用户自由设置是否考虑系统温度变化，以及在考虑温度变化时，是否考虑系统与环境的热交换（绝热,/,非绝热系统）,在考虑热平衡时，温度变化由系统自动计算,13,内容,Easy5,产品简介,高压开关缓冲器动力学分析,分、合闸系统建模,分闸过程分析,合闸过程分析,Adams+Easy5,合闸过程联合仿真分析,总结,14,高压开关缓冲器原理,高压开关缓冲器的传动轴中部的活塞将液压容腔分为上下两部分,分闸时，上部容腔通高压液压油，下部容腔通低压液压油；在活塞两边压力差的作用下，活塞高速向下运动，带动传动机构实现分闸,传动轴的活塞下部带有如图所示的阶梯状截面积不等的圆柱，在分闸运动的行程末尾，当这些圆柱逐一进入阀孔时，阀孔的通流面积骤然减小，并随缓冲行程的变化而渐变，从而使缓冲腔内的缓冲压力变大，为传动轴减速缓冲,在整个分闸过程中，传动轴的速度经历了由零变大，又由峰值减缓至静止的过程，整个分闸过程行程为,230mm,合闸时，上、下部容腔同时通高压液压油，由于下部容腔的有效作用面积较大，在活塞两边压力差的作用下，传动轴高速向上运动，带动传动机构实现合闸,在活塞上部同样带有阶梯状圆柱，通过阀孔通流面积的变化实现减速缓冲，合闸行程与分闸行程相等,在分闸、合闸过程中，均通过弹簧装置提供一定的缓冲阻力，在初步计算中可以认为阻力大小与位移行程成正比,15,高压开关缓冲器原理,在分析中，由于传动轴通过传动机构与其它装置关联，因此可以通过等效的方式将其它部件的运动惯量等效到传动轴上，等效后的传动轴质量为,27kg,在运动过程中，传动轴所受到的摩擦力认为是常值，为,30,公斤力，即为,294N,高压油压强为,44.9MPa,，低压油压强为,1,大气压，即,0.1MPa,弹簧刚度为,5.6N/mm,，因此在整个行程过程中弹簧提供的阻力范围为,0,1288N,在初步分析中不考虑活塞运动过程中的阻尼,系统所采用的液压油型号为,10,号航空液压油,系统运行的环境温度以及液压油起始温度均设定为,20,o,C,分闸过程建模与分析,17,分闸过程系统建模,如图所示为分闸过程的,Easy5,系统模型,18,分闸过程系统建模,液压油型号、温度，环境温度等信息通过,Easy5,液压库全局属性设置模块,FP,定义,系统采用的液压油为,10,号航空液压油，其属性与,Easy5,液压油库中的,4,号液压油，即,Hydraulic Fluid,Polyalphaolefin(MIL-H-83282),性质相当，因此采用该种液压油,液压油起始温度与环境温度均设定为,20,o,C,环境介质设定为空气，其压强设置为,1,大气压,对于本例，考虑系统内部的热平衡，不考虑系统与环境之间的热交换,本例中临界雷诺数设为,1100,对于分闸系统模型，假定活塞向下运动为正方向，受力方向向下为正方向,19,分闸过程系统建模,图示为本例中所采用的液压油属性图（动力学粘度,/,密度,/,比热,/,热传导率）,在,Easy5,也可以,自定义液压油,型号和属性,20,分闸过程系统建模,传动轴活塞将整个系统分为上下两部分,图中红色图框所示为上端高压油路模型,高压油源,高压供油路,3,个阀孔,合闸,缓冲,阀孔,上端,高压,容腔,21,分闸过程系统建模,高压油源压力为,44.9MPa即,449bar,；温度为,20,o,C,三个进油孔直径为,20mm,缓冲阀孔用,Easy5,孔口与缝隙流动基本建模元件,OR,模拟；,OR,可以模拟通流面积不变的孔口，也可以模拟面积变化的孔口；本例中缓冲阀孔的通流面积随传动轴位移行程的变化而变化，由于通流面积是按阶梯状变化的，较为复杂，对于这样的非标准件，有两种方式计算其通流面积随活塞位移行程的变化关系：,通过,Easy5,基本控制库中的数学函数建立,通过,Easy5,二次开发功能建立,由于函数关系较为复杂，第一种方式需要调用多个基本数学函数元件进行组合,为方便起见，本例采用第二种方式，即二次开发元件,22,分闸过程系统建模,对于上端的缓冲阀孔，根据阶梯状圆柱和阀孔的几何参数，不难推导出其通流面积与活塞位移之间的函数关系为（以下,A,代表通流面积，,x,代表活塞位移，单位,mm,）,：,23,分闸过程系统建模,由函数关系式，建立,Fortran,二次开发模块，如图所示：,输入变量,输出变量,24,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8 Cir1,IF(Piston_Dis.LE.Len_A)THEN,Annulus_Area1=0.25*PI*(Outer_Dia*Outer_Dia-Dia_A*Dia_A)/,计算通流面积,Cir1=PI*(Outer_Dia+Dia_A)/,计算湿周,Annulus_Dia1=4*Annulus_Area1/Cir1 /,计算水力直径,ELSEIF(Piston_Dis.GT.Len_A).AND.(Piston_Dis.LE.(Len_A+Len_B)THEN,Annulus_Area1=0.25*PI*(Outer_Dia*Outer_Dia-Dia_B*Dia_B),Cir1=PI*(Outer_Dia+Dia_B),Annulus_Dia1=4*Annulus_Area1/Cir1,ELSEIF(Piston_Dis.GT.(Len_A+Len_B).AND.(Piston_Dis.LE.(Len_A+Len_B+Len_C)THEN,AnnulusArea1=0.25*PI*(Outer_Dia*Outer_Dia-Dia_C*Dia_C),Cir1=PI*(Outer_Dia+Dia_C),Annulus_Dia1=4*Annulus_Area1/Cir1,ELSEIF(Piston_Dis.GT.(Len_A+Len_B+Len_C).AND.(Piston_Dis.LE.(Len_A+Len_B+Len_C+Len_D)THEN,Annulus_Area1=0.25*PI*(Outer_Dia*Outer_Dia-Dia_D*Dia_D),Cir1=PI*(Outer_Dia+Dia_D),Annulus_Dia1=4*Annulus_Area1/Cir1,ELSEIF(Piston_Dis.GT.(Len_A+Len_B+Len_C+Len_D)THEN,Annulus_Area1=0.25*PI*(Outer_Dia*Outer_Dia-Axle_Dia*Axle_Dia),Cir1=PI*(Outer_Dia+Axle_Dia),Annulus_Dia1=4*Annulus_Area1/Cir1,ENDIF,25,分闸过程系统建模,本例中阀口流量系数设定为,0.61,Easy5,中有多种流量系数的设定方式,用户直接输入,提供阀口几何参数，系统根据几何参数和雷诺数动态计算,K,因子法局部阻力系数法,26,分闸过程系统建模,方法一：用户直接输入,27,分闸过程系统建模,方法二：根据阀口几何参数和雷诺数自动计算,可以选择多种不同阀口形势，并输入相应阀口参数，,Easy5,在分析过程中自动进行动态计算，采用的计算方法主要有两类：,Rouse and Fetouh,方法，也称“,Class 2”,方法,Merritt,，,Hydraulic Control Systems,Idelchik,，,Handbook of Hydraulic Resistance,“,Class 3”,方法,D.S.Miller,，,Flow Systems,或通过表格自定义流量系数与雷诺数的函数关系,28,分闸过程系统建模,方法三：局部阻力系数,K,因子法,油液流经阀口的局部压力损失满足,K,为局部阻力系数，,v,为流速,因此，阀口流量为：,K,因子法通过,K,因子确定流量系数,29,分闸过程系统建模,上端高压容腔用,Easy5,液压容积模块,VX,建模,VX,模块可以根据容腔进出口的流量变化、容腔的容积变化来计算其压强变化，可以有效的模拟活塞移动过程中的流固耦合问题，即液压油压力引起活塞位移变化，活塞位移变化反过来影响容腔容积变化进一步影响其油压变化,对于,VX,模块，其输入为容腔容积变化，输出为容腔油压,对于截面为规则形状的标准件，上述耦合过程可以通过,VX,模块与,CD,模块的组合实现，,CD,模块可以根据,VX,输出的油压计算活塞所受的压力，同时根据活塞截面积参数和运动部件反馈的位移计算容腔的容积输出给,VX,模块,本例中，在活塞运动的不同阶段，其截面积发生变化，因此容腔的容积变化规律较为复杂,通过二次开发模块计算容腔容积与活塞位移函数关系,30,分闸过程系统建模,容易推导高压容腔容积与活塞位移之间满足以下关系式（,V,表示容积，,x,表示活塞位移，,v,表示活塞速度，,V,0,表示起始容积）：,31,分闸过程系统建模,输入变量,输出变量,32,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8 Area1,Area2,Area1=0.25*PI*(Cyclinder_Dia*Cyclinder_Dia-Axle_Dia1*Axle_Dia1),Area2=0.25*PI*(Cyclinder_Dia*Cyclinder_Dia-Axle_Dia2*Axle_Dia2),IF(Piston_Dis1.LE.4.6)THEN,V1=Volume_Ini+Area1*Piston_Dis1 /,计算容积,DV1=Area1*Piston_Vel1 /,计算容积变化率,ElSEIF(Piston_Dis1.GT.4.6)THEN,V1=Volume_Ini+Area1*4.6+Area2*(Piston_Dis1-4.6),DV1=Area2*Piston_Vel1,ENDIF,33,分闸过程系统建模,图示红色图框为下端低压容腔油路模型,低压,油源,低压,进油口,分闸,缓冲,阀孔,低压,容腔,34,分闸过程系统建模,低压油箱压强为,1atm,，即,1bar,约,0.1MPa,，温度为,20,o,C,低压进油口阀孔直径为,19.5mm,与高压油路相同，低压缓冲阀孔用,Easy5,孔口与缝隙流动基本建模元件,OR,模拟；其通流面积与活塞位移之间的关系通过二次开发模块实现,推导出该函数关系为（,A,为通流面积，,x,为活塞位移，单位,mm,）：,35,分闸过程系统建模,输入变量,输出变量,36,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8 Cir2,IF(PistonDis0.LE.17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*Outer_Dia0*Outer_Dia0 /,计算通流面积,Cir2=PI*Outer_Dia0 /,计算湿周,Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2 /,计算水力直径,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.17.65).AND.(Piston_Dis0.LE.(Len_A0+17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0*Outer_Dia0-Dia_A0*Dia_A0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_A0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.(Len_A0+17.65).AND.(Piston_Dis0.LE.(Len_A0+Len_B0+17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0*Outer_Dia0-Dia_B0*Dia_B0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_B0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.(Len_A0+Len_B0+17.65).AND.(Piston_Dis0.LELen_A0+Len_B0+Len_C0+17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0*Outer_Dia0-Dia_C0*Dia_C0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_C0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.(Len_A0+Len_B0+Len_C0+17.65).AND.(Piston_Dis0.LE.(Len_A0+Len_B0+Len_C0+Len_D0+17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0Outer_Dia0-Dia_D0*Dia_D0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_D0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.(Len_A0+Len_B0+Len_C0+Len_D0+17.65).AND.,C(Piston_Dis0.LE.(Len_A0+Len_B0+Len_C0+Len_D0+Len_E0+17.65)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0*Outer_Dia0-Dia_E0*Dia_E0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_E0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ELSEIF(Piston_Dis0.GT.23)THEN,Annulus_Area2=0.25*PI*(Outer_Dia0*Outer_Dia0-Dia_E0*Dia_E0),Cir2=PI*(Outer_Dia0+Dia_E0),Annulus_Dia2=4*Annulus_Area2/Cir2,ENDIF,37,分闸过程系统建模,与高压容腔相同，低压容腔用,Easy5,变容积模块,VX,模拟,同样需要计算活塞移动过程中，容腔的容积变化与活塞位移的关系,推导出低压容腔容积变化与活塞位移的函数关系为（,V,为容积，dV/dt,为容积变化率，,x,为活塞位移，,v,为活塞速度，,A,1,为第一阶段活塞有效面积，,A,2,为第二阶段活塞有效面积）：,38,分闸过程系统建模,输入变量,输出变量,39,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8 Area10,Area20,Area10=0.25*PI*Cyclinder_Dia0*Cyclinder_Dia0,Area20=0.25*PI*(Cyclinder_Dia0*Cyclinder_Dia0-Axle_Dia10*Axle_Dia10),IF(Piston_Dis2.LE.17.65)THEN,V10=Volume_Ini0-Area10*Piston_Dis2 /,计算容积,DV10=-Area10*Piston_Vel2 /,计算容积变化率,ElSEIF(Piston_Dis2.GT.17.65)THEN,V10=Volume_Ini0-Area10*17.65-Area20*(Piston_Dis2-17.65),DV10=-Area20*Piston_Vel2,ENDIF,40,分闸过程系统建模,粘滞力,计算活塞两端压力差,弹簧,阻力,建模的重点在于完整的描述活塞运动过程中的受力情况,活塞按单质量块单自由度模型考虑，用,Easy5,液压库的单质量惯量元件,PM,模拟,分闸过程中活塞受到的力包括：液压油压力差、重力、弹簧阻力、摩擦力、活塞与油缸之间的油液粘滞力，以及活塞运动最后受到的挡块止挡力；本例中不考虑阻尼力,重力,止挡力,活塞质量块模型，其中,可以输入摩擦力数据,41,分闸过程系统建模,活塞质量设为,27kg,，摩擦力为,30,公斤力，即,294N,42,分闸过程系统建模,弹簧刚度为,5.6N/mm,Easy5,液压库粘滞力计算模块,FD,可以根据油液的压强、温度、油缸直径、接触长度、密封部位缝隙等参数计算活塞移动过程中的粘滞力,43,分闸过程系统建模,对于两端截面为规则形状的活塞，其压力差可以直接通过,Easy5,液压库的,CD,模块计算，,CD,模块可以通过两侧的液压油压强和活塞面积参数计算压力差本例中活塞两端的截面均不规则（运动过程中油压有效作用面积变化），并且截面在不同阶段所接触的液压油也不同（进入缓冲阀口前后接触的液压油处于不同的容腔），无法直接用标准元件,CD,模块计算,对于这种运动过程中有效作用面积和有效油压均发生变化的情况，可以通过二次开发来计算其复杂的作用过程，描述压力差与活塞位移之间的函数关系,44,分闸过程系统建模,可以推导出活塞所受的液压油压力差与位移的函数关系如下：,45,分闸过程系统建模,输入变量,输出变量,46,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8,Up_Area1,Up_Area2,Up_Area3,Down_Area1,Down_Area2,Down_Area3,Up_Force,Down_Force,Up_Area1=0.25*PI*(Cyclinder_Dia1*Cyclinder_Dia1-Up_Axle_Dia1*Up_Axle_Dia1),Up_Area2=0.25*PI*(Cyclinder_Dia1*Cyclinder_Dia1-Up_Axle_Dia2*Up_Axle_Dia2),Up_Area3=0.25*PI*(Up_Axle_Dia1*Up_Axle_Dia1-Up_Axle_Dia2*Up_Axle_Dia2),Down_Area1=0.25*PI*Cyclinder_Dia1*Cyclinder_Dia1,Down_Area2=0.25*PI*(Cyclinder_Dia1*Cyclinder_Dia1-Down_Axle_Dia*Down_Axle_Dia),Down_Area3=0.25*PI*Down_Axle_Dia*Down_Axle_Dia,/,计算上下端面有效作用面积,IF(Piston_AX.LE.4.6)THEN,Up_Force=Up_Vol_P1*Up_Area1*10+Up_Vol_P2*Up_Area3*10,Down_Force=Down_Vol_P1*Down_Area1*10,Hyd_Force_Sum=Up_Force-Down_Force,/,计算上下端面作用力和压力差,ELSEIF(Piston_AX.GT.4.6).AND.(Piston_AX.LE.17.65)THEN,Up_Force=Up_Vol_P1*Up_Area2*10,Down_Force=Down_Vol_P1*Down_Area1*10,Hyd_Force_Sum=Up_Force-Down_Force,ELSEIF(Piston_AX.GT.17.65)THEN,Up_Force=Up_Vol_P1*Up_Area2*10,Down_Force=Down_Vol_P1*Down_Area2*10+Down_Vol_P2*Down_Area3*10,Hyd_Force_Sum=Up_Force-Down_Force,ENDIF,47,分闸过程系统建模,活塞运动最后阶段会遇到下部的止挡，受到止挡接触力的作用,在,Easy5,中，模拟这种接触力有三种方式：,质量块模型,PM,中，可以直接定义质量块的最大和最小允许位移，,Easy5,通过“开关状态”（,Switch State,）技术模拟质量块的运动硬限制这一非连续问题,通过液压库中的弹簧模块,SF,模拟；,SF,既可以模拟弹簧与运动物体完全连接的一般情况，也可以模拟弹簧与运动物体不连接的“弹簧止挡”，即当运动物体位移大于或小于某一设定值时，弹簧不产生弹簧力,通过二次开发功能实现，可以集成更详细的接触力算法,48,分闸过程系统建模,方法一：在质量块模型参数中，直接定义允许的最大最小位移，将活塞的最大允许位移定义为,230mm,，当活塞位移达到,230mm,时，自动施加硬限制,49,分闸过程系统建模,方法二：通过弹簧模块,SF,的“止挡”模式模拟,50,分闸过程系统建模,方法一的缺点在于不够真实详细，无法了解活塞稳定之后止挡提供的止挡力,方法二的缺点在于直接用线性弹簧模拟止挡，不够真实，计算末段，当活塞与止挡发生接触，产生止挡力后，必然产生过长时间的振荡过程，与真实情况不符，计算的止挡力也不准确,因此考虑通过二次开发集成更好的接触力算法来模拟止挡力,51,分闸过程系统建模,方法三：通过二次开发集成详细的接触力算法,MSC Adams,中实体接触的算法如下图所示：,求解器计算过程中判断两个实体是否产生接触，如图，当,xx,1,时，不发生接触，当,x=x,1,时，发生接触,产生接触时，接触力按罚因子方法通过下式计算：,其中,:,x,为物体位移，,dx/dt,为速度,K,为刚度系数,e,为非线性指数,Cmax,为最大阻尼系数,d,为最大阻尼系数产生时的侵入深度,在接触过程中，阻尼系数是变化的，,刚刚接触时阻尼系数为零，达到和超,过,d,值时，阻尼系数为,Cmax,，在两者,之间是渐变的，通过,Step,函数描述,52,分闸过程系统建模,为简便起见，本例中直接通过线性函数描述接触过程中阻尼系数的变化过程，将接触力公式修正为：,53,分闸过程系统建模,根据上述算法对接触力模块进行二次开发,输入变量,输出变量,54,分闸过程系统建模,DECLARATIONS,REAL*8 Damping,Sub_Dis,Contact_Force_Temp,IF(Relative_Dis.LE.Critical_Dis)THEN,Contact_Force=0,/,当活塞位移小于,230mm,时，不产生接触,ELSEIF(Relative_Dis.GT.Critical_Dis)THEN,Sub_Dis=Relative_Dis-Critical_Dis,IF(Sub_Dis.LE.Penetration)THEN,Damping=Max_Damping*Sub_Dis/Penetration,/,计算,x-x,1,d,时的阻尼系数,ENDIF,Contact_Force_Temp=-(Stiffness*(Relative_Dis-Critical_Dis)*Nonlinear_E)+Damping*Relative_Vel),/,计算接触力,IF(Contact_Force_Temp.LE.ZERO)THEN,Contact_Force=Contact_Force_Temp,ELSEIF(Contact_Force_Temp.GT.ZERO)THEN,Contact_Force=ZEROENDIF,ENDIF,55,三种接触力模拟方式比较,下图为三种接触力模拟方式计算的活塞位移,/,速度,/,加速度曲线对比,56,三种接触力模拟方式比较,由上述计算结果对比不难看出，采用二次开发模块自定义的接触算法计算结果更加连续，光滑，更真实,以下计算结果均根据采用二次开发模块自定义接触力的模型给出,与,Adams,联合仿真时，机构模型在,Adams,中建立，接触力可以直接在,Adams,中创建，,Easy5,中无需通过二次开发建立接触力模型,57,分闸过程计算结果,完成建模后，进行动力学计算，计算时间历程,0.1s,，步长,0.001s,图示为活塞位移,/,速度,/,加速度曲线（,cm,cm/s,cm/s2,）,由计算结果可以看出：,活塞从开始运动到缓冲结束，,经历的时间约,50ms,峰值速度为,1606cm/s,，即,16.06,m/s,，出现的时间约在,25ms,左右,因此从峰值速度到缓冲结束，,时间历程约,25ms,58,分闸过程计算结果,高压容腔、上端缓冲阀孔外部容腔、低压容腔、下端缓冲阀孔外部容腔油压变化（,bar,）,59,分闸过程计算结果,活塞所受液压油压力差、弹簧阻力变化（,N,），最后油压力稳定在,31676N,60,分闸过程计算结果,上、下容腔容积,/,容积变化率曲线（,cm3,cm3/s,）,61,分闸过程计算结果,上、下缓冲阀孔通流面积（,cm2,）、水力直径（,cm,）变化,62,分闸过程计算结果,高压容腔、低压容腔、上端缓冲阀孔外部容腔、下端缓冲阀孔外部容腔的温度变化（,0,C,）,由图可见，在一次分闸缓冲过程,中，系统达到稳态后，高压容腔,温升可达,4.35,0,C,，低压容腔温升,可达,2.5,0,C,，而下端缓冲阀孔外部,容腔，即通向低压油源的容腔,温升最大，可达,32,0,C,左右,63,分闸过程计算结果,上下端缓冲阀孔的液压油质量流量（,kg/min,）,64,分闸过程计算结果,上下缓冲阀孔的流态变化（,1,表示层流，,+-2,表示紊流，正负号表示流向变化）,由图可见，在缓冲过程中的大部分,时间，阀孔流态都是紊流，缓冲,结束后才恢复到层流状态,65,分闸过程计算结果,上下缓冲阀孔雷诺数变化,合闸过程建模与分析,67,合闸过程系统模型,图示为合闸过程系统模型,68,合闸过程系统模型,合闸模型与分闸模型组成结构完全相同,规定活塞向上运动为正方向，向上为力的正方向,活塞最大位移为,230mm,，其它参数不变,几个二次开发模块原理与分闸模型相同，只是判断条件由于活塞移动先后顺序不同与分闸模型稍做调整，在此不再赘述,与分闸模型不同之处在于，合闸过程中，上下容腔都接通高压油源，即上下容腔通过阀孔和油路构成整体回路循环，共用一个高压油箱,高压油源压力为,44.9MPa,，起始温度为,20,0,C,69,合闸过程系统模型,合闸模型中上下容腔均接通高压油源,高压,油源,70,合闸过程计算结果,完成建模后，进行动力学计算，计算时间历程,0.2s,，步长,0.001s,图示为活塞位移,/,速度,/,加速度曲线（,cm,cm/s,cm/s2,）,由计算结果可以看出：,活塞从开始运动到缓冲结束，,经历的时间约,87ms,峰值速度为,925cm/s,，即,9.25,m/s,，出现的时间约在,67ms,左右,因此从峰值速度到缓冲结束，,时间历程约,20ms,71,合闸过程计算结果,上端容腔、上端缓冲阀孔外部容腔、下端容腔、下端缓冲阀孔外部容腔油压变化（,bar,）,72,合闸过程计算结果,活塞所受液压油压力差、弹簧阻力变化（,N,）最后油压力稳定在,11425N,73,合闸过程计算结果,上、下容腔容积,/,容积变化率曲线（,cm3,cm3/s,）,74,合闸过程计算结果,上、下缓冲阀孔通流面积（,cm2,）、水力直径（,cm,）变化,75,合闸过程计算结果,上端容腔、下端容腔、上端缓冲阀孔外部容腔、下端缓冲阀孔外部容腔的温度变化（,0,C,）,由图可见，在一次合闸缓冲过程,中，系统达到稳态后，上端容腔,温升可达,9.65,0,C,，下端容腔温升,可达,2.1,0,C,，而上端缓冲阀孔外部,容腔，即通向油源的容腔温升最,大，可达,18.8,0,C,左右,76,合闸过程计算结果,上下端缓冲阀孔的液压油质量流量（,kg/min,）,77,合闸过程计算结果,上下缓冲阀孔的流态变化（,1,表示层流，,+-2,表示紊流，正负号表示流向变化）,由图可见，在缓冲过程中的大部分,时间，阀孔流态都是紊流，缓冲,结束后才恢复到层流状态,78,合闸过程计算结果,上下缓冲阀孔雷诺数变化,Adams+Easy5,合闸过程联合仿真分析,80,MSC Easy5-MSC Adams,集成,MSC Adams+MSC Easy5,机电一体化,81,MSC Easy5-MSC Adams,集成,采用,MSC Easy5+MSC Adams,的机电耦合分析解决方案,82,MSC Easy5-MSC Adams,集成,三种集成方式,联合仿真模式,由,MSC Easy5,和,MSC Adams,求解器求解各自的模型,在设定时间步进行数据通信,控制系统导入模式,将,MSC Easy5,所建立的控制与多学科系统导入,MSC Adasm,MSC Easy5,模型作为一套,GSE,方程加入到,MSC Adasm,（,dll,动态链接库形式引入）,MSC Adams,求解器积分计算所有的模型,在,Adams,中对控制系统性能进行评估，采用此种方式，可以在控制系统预置参数的情况下研究整个模型的性能，采用,Adams,的参数评价功能进行统一的试验设计和参数优化,函数评价模式,将,MSC Adams,所建立的多体机械模型导入,MSC Easy5,MSC Adams,模型作为一套,ODE,方程加入到,MSC Easy5,MSC Easy5,求解器积分计算所有的模型,对于控制系统设计，,Adams,模型可以反复使用,Adams +Easy5,Adams,Easy5,Easy5,Adams,83,Adams,机构建模,将机构的,CAD,模型文件（,Parasolid,格式）导入,Adams,，建立各部件的几何模型,除活塞外，其余各部件密度均按钢材设置，即,7801kg/m3,Adams,将根据各部件几何信息和密度自动计算质量、转动惯量和质心坐标系标记点,活塞密度设置为,150394.6kg/m3,Adams,计算得到活塞质量约为,27kg,部件,质量,(kg),密度,(kg/m3),活塞,27,150394.6,液压缸,3.55,7801,上端盖,0.192,7801,下端盖,0.308,7801,84,Adams,机构建模,重力沿活塞轴线向下方向；,将液压缸用固定副与地面连接；,将上、下端盖用固定副分别与液压缸连接；,将活塞用移动副沿轴线方向与液压缸连接；,在活塞上部与地面之间定义刚度为,5.6N/mm,的弹簧；,在活塞质心，分别定义沿轴线向上的液压力和沿轴线向下的摩擦力；,规定向上运动为正方向，力的方向向上为正方向,85,Adams,机构建模,在,Adams,中建立,2,个输入状态变量和,2,个输出状态变量,2,个输入变量代表,Easy5,计算输入的液压力和摩擦力,Hyd_Force,Fric_Force,将活塞上的液压力和摩擦力表达式分别写为：,液压力：,VARVAL(Hyd_Force),摩擦力：,VARVAL(Fric_Force),计算过程中该表达式将实时的读取相应的变量值，从而将,Easy5,的输入值赋给作用力,86,Adams,机构建模,2,个输出变量分别代表：,活塞相对液压缸的位移,Axle_Dis,：,-DZ(Axle.cm,MARKER_Axle_MeaRef,MARKER_Axle_MeaRef),活塞相对液压缸的速度,Axle_Vel,：,-VZ(Axle.cm,MARKER_Axle_MeaRef,MARKER_Axle_MeaRef,MARKER_Axle_MeaRef),在联合仿真时，这,2,个变量将反馈给,Easy5,，用于液压系统计算所需要的输入条件,87,Adams Control Plant,输出,加载,Adams/Controls,模块,将,Adams Control Plant,输出,2,个作用力为输入变量，,2,个相对位移,/,速度为输出变量,产生联合仿真所需的,adm,，,cmd,，,inf,文件,88,Easy5-Adams Interface,配置,在,Easy5,模型中添加,Adams,接口模块,配置,Adams,模型连接信息,选择,Co-Simulation,模式,89,Easy5,模型,Easy5,单独计算时，质量模块,PM,中可以设置摩擦力数值，模型自动判断摩擦力的大小和方向,联合仿真时，质量模块,PM,被,Adams,模型取代，因此需要单独建立摩擦力模型，因此在,Adams,模型中建立了摩擦力,本例中，摩擦力与活塞速度相关,摩擦力与活塞速度方向相反,活塞速度为零时，摩擦力为零,活塞速度不为零时，摩擦力大小为常值,对于这样的较为复杂的逻辑判断关系，在,Easy5,建立摩擦力的表达式较为方便,在,Easy5,模型中加入逻辑判断模块,SE,，根据活塞速度判断摩擦力的大小和方向,此外，由于所给几何模型中活塞的行程为,205mm,，为与,Adams