由于在系统动力学与有限元分析（FEA）软件领域之间不足流畅的集成，因而对于某些工程师来说，想要高效地设计、测试汽车机械系统是一件难题沉沉的事。MSC Adams-Marc 协同仿真产品工具链能让工程师在 Marc 非线性有限元技术与Adams多体动力学（MBD）代码之间进行多物理场仿真。这样，多体动力学工程师就能够将非线性结构行为蕴含在内，从而提高模型正确度，同时有限元分析（FEA）工程师还能够选取真实的天堑前提对部件进行钻研。由于 Adams 能够解算一些刚性移动部件，从而显著缩短总解算功夫，因而将这些技术结合使用还能够节俭非线性有限元分析软件用户的功夫。

“凸起碾压”工程挑战

车辆在其寿命周期内总会经受几次高冲击负载。我们通常将这些负载情况称为“峰值载荷”或“强度事务”，由于这些情况有可能会影响多个部件的设计，因而它们在车辆的产品开发过程中起着举足轻沉的作用。其中一个沉要的负载情况就是“凸起碾压”（图 1），即车辆底板被阻碍物（例如地面上的石头）划伤，并且出现了显著的变形。

图1.极端负载情况：凸起碾压

选取传统多体动力学步骤所遇到的难题是，在整车分析过程中，无法采集到底板的塑性变形；若是工程师试图在有限元分析环境中对整车进行仿真，仅实现一次仿真就有可能耗时数周 [1]。

结合使用 CAE 解决规划

一、Adams-Marc 协同仿真

为应对上述挑战，MSC 与最终用户共同打造了一个多体动力学 + 非线性有限元分析混合模型，以期获得两全其美的成效（图 2）。非线性有限元分析无法用来正确描述柔性部件的非线性行为，蕴含塑性变形、非线性资料、部件的大变形、愚笨、自接触等。而多体动力学可对系统/移动机造进行精确建模，能高效地为非线性部件提供真实的天堑前提。因而，与齐全的非线性有限元分析模型相比，混合模型的仿真速度要快得多，并且仍能够达到所要求的正确度。

图2.典型的Adams-Marc协同仿真汽车工具链工作流

模型之间相互作用之处称为相互作用点。在每个相互作用点肯定会有：

? Adams 模型中的 MARKER 和 GFORCE。

? Marc 模型中的 NODE。Marc 模型中的接口 NODE 必须有 6 个自由度。

在所有 Adams-Marc 的相互作用点中，Adams 将所施加的位移传递给 Marc 中的 NODE。Marc 将作使劲/扭矩值传递给 Adams 中所使用的 GFORCE。

二、模型造备

本钻研中所使用的整车模型来自相应的宝马 Adams Car 车辆动力学模型（图 3），蕴含约莫 250 个 DOF（自由度）、13 个子系统。

图3.Adams整车模型

多体动力学模型与有限元分析模型之间有 14 个相互作用点，在 Adams Car 模板中界说了 14个 MARKER 和 GFORCE，用于与 Marc 模型衔接。

在 Marc 环境中对宝马底盘底板进行建模（图 4），含 11 个可变形接触体、200,000 个自由度及 33,000 个节点。在Marc模型中将凸起界说为刚体，用 14 个节点节造14 个相互作用点，作为该 Marc 模型新的天堑前提。

图4.底盘底板的Marc模型

三、实物试验

在实物试验期间，选取与 CAE 仿真事务一样的机动作为：整车以 30km/h 的速度驶过丈量桩的上方，并凭据车辆的高度设置来界说桩的高度。将桩（图 5）作为划伤底盘底板（图 6）的阻碍物，同时丈量阻碍物与底板之间的接触力。而后将该作使劲与仿真了局进行有关性分析。

图5.丈量桩

图6.实物试验后底板的划痕

了局和有关性

总的寺反，将 Adams-Marc 协同仿真与实物试验丈量进行对比后，得到的了局令人印象深刻。在以下图表（图 7）中，红色曲线暗示沿Z轴方向的接触力实物丈量值。浅蓝色曲线来自初次运行的协同仿真，未对模型进行任何微调。在峰值负载下，仿真与实物试验之间产生了相对较大的差距，这是由于为仿真工程师提供了谬误的Y轴坐标所致。出于统一原因，仿真事务错过了底板螺钉与引发峰值负载的阻碍物之间的接触点。

图7.接触力比力：实物试验与协同仿真了局对比

在工程师调整了仿真模型中的 Y 坐标并进行了另一次协同仿真之后，所天生的玄色曲线就极度靠近实物试验的了局了。在进行这次尝试时，只将螺钉作为一种如果增长到 Marc 模型中，而不是对螺钉自身进行精密建模，这样就能够诠释协同仿真了局与试验了局之间余下的差距。

经进一步分析，在协同仿真了局与试验了局之间出现出更好的有关性，出于保密原因，本文无法给出这些图表。此表，将 Adams 和 Marc 了局文件读入 CEI Ensight 中，还能够造作协同动画（图 8）。

图8.选取Adams和Marc的数据、在CEIEnsight中实现的可视化的宝马汽车凸起碾压协同动画图片

总之，选取 Adams-Marc 协同仿真步骤，汽车 OEM 工程师和 MSC 在一天之内就能找到实物试验了局与仿真了局之间优良的有关性，这批注即便在极端负载情况下，也能够利用这种协同仿真技术正确而有效地预测车辆的动力学负载。

参考文件

1.Adams Marc 协同仿真出格兴致幼组结合使用多物理场仿真（MKS）和非线性有限元法（FEM），C. Kopp、H. Krings、R. Bosbach（MSC 软件公司），德国柏林，2017 年 11 月

2.选取非线性有限元分析（FEA）和多体动力学（MBD）的协同仿真

3.“2018 德国国际工程分析学会推算与仿真年会——利用、发展与趋向”，C. Kopp、H. Krings、T. El Dsoki（MSC 软件），德国班贝格，2018 年 5 月

4.“宝马案例分析：Adams Marc 协同仿真”，C. Kopp、H. Krings、Fan, Y.，《国际工程分析学会汽车工业工程分析与仿真：打造下一代交通工具大会》，美国密歇根州特洛伊，2018 年 11 月