多體仿真技術的發展分為3個階段：前期是以現代計算力學為基礎的“多體動力學仿真”階段，近期擴展到於結構、控制和最佳化結合的“多體系統仿真”階段，目前正走向結合機-電-控與多物理場的“多體產品仿真”階段。
基本介紹
- 中文名：多體動力學系統仿真技術
- 外文名：Multi-body dynamics simulation technology systems
- 主要階段：共3階段
- 目的：數位化產品開發
- 包括技術：多物理場仿真、軟硬體聯合仿真等
- 發展趨勢：機-電-控集成的產品開發平台
多體動力學,多體系統,大型模型運算,滑動碰撞接觸,運動中柔性體,控制機構集成,系統設計最佳化,多體產品,
多體動力學
這一時期是多體仿真的萌芽期，從事多體仿真的多是機構動力學學者。20世紀70年代，隨著電腦套用的逐漸普及，以美國為主的許多大學的套用力學學者開始以牛頓的運動定律對機械構造組成建立可數位化的數學模型（Mathematical Models），這就是今天多體仿真的前身。
70年代中期至90年代中期是多體動力學的蓬勃發展期，許多重要的數學模型和算法、有效的數值解法，甚至幾何模型與數學模型關係的建立都是發生在此期間，其中影響較大的包括密西根大學的以Eduler Angles為旋轉自由度的三維數模，愛荷華大學的Eduler Parameters旋轉自由度、相對自由度和遞歸算法（Recursive Formulation），伊利諾大學Dr. Shabana的模態柔性體算法等。
到了90年代中期這些技術都已成熟，值得一提的是RecurDyn的研發團隊集成了以上學術成果，並且引入同時期發展成熟的有限元算法作為可承受大變形和接觸的柔性體數模，於90年代末，在微軟的視窗作業系統上發布了第一版的RecurDyn，也算是“多體動力學仿真”紀元的一個總成。
多體系統
這一時期是多體仿真的成長期，市場主導了多體仿真的內涵。在RecurDyn第一版發布的20世紀90年代末，電腦的容量和速度又達到了一個新境界，新的多體仿真技術要求和挑戰也隨之浮現，由此迎來了“多體仿真系統”的新紀元。
多體系統由“多體動力學”引申而來，一般泛指包括機械構造、結構材料和控制（軟、硬）元件的整體系統。多體系統仿真則是以電腦輔助的方法對多體系統進行數位化模擬的技術。
多體系統仿真所面臨的挑戰大致可分為5類：大型模型的運算、滑動和碰撞接觸、運動中的柔性體、控制-機構集成，以及系統的設計與最佳化。在21世紀的第一個10年中，RecurDyn的研發總部集成了美、德、日、韓研發團隊的技術專長，針對以上5個挑戰提出了解答。
大型模型運算
除了原有的針對大型多剛體模型所提供的遞歸算法（Recursive Formulation），RecurDyn增加了針對大型有限元多柔體（MFBD）模型的SMP並行求解，這兩種算法對提高大型模型的計算效率起到了重要的作用。
滑動碰撞接觸
除了改良原有的面接觸算法（Surface Contact Algorithms）以外，RecurDyn還提供了快速的解析解接觸算法（Primitive Contact Algorithms）、穩定性更高的實體接觸算法（Solid Contact Algorithms），以及支持柔性體的接觸算法，這些算法大幅提高了接觸計算的速度、穩定性和精確性。
運動中柔性體
除了原有的以運動中的振動為仿真目的的RFLEX模態法柔性體算法，RecurDyn強化了以運動中的接觸、大變形和其他非線性為仿真目的的FFLEX有限元柔性體算法。計算精度因此得到了較大的提升。
控制機構集成
除了原有的與MATLAB/Simulink聯合仿真的功能外，RecurDyn的研發部門直接將控制系統的建模界面和算法集成，其求解器已可以實現機械和控制兩種算法的耦合求解，兩者在這一時期真正融合成了一個單一的數位化系統。
系統設計最佳化
為了達到以仿真驅動設計的目的，RecurDyn針對不同的產業，研發了各種專業建模工具包，包括發動機的各個子系統、工具機、履帶、進紙機構、鏈、帶、滑輪、齒輪、軸承、彈簧等，這些大幅縮短了工程師建立（並修改）數位化仿真系統所需的時間。接著RecurDyn提供了全面的參數化幾何建模和最佳化功能，幫助工程師以數字方法尋找更最佳化的設計方案。另外還有ProcessNet二次開發工具包，可以依據產品特性和設計需求，開發出專用的參數化系統和設計最佳化的開發平台。此時，仿真本身已不再是目的，設計的最佳化才是多體系統仿真的真正目的。
多體產品
這一時期是多體仿真的成熟期，多體仿真將成為“數位化產品開發”的核心技術。多體產品仿真指在“多體系統仿真”技術的基礎上，加上“多物理場仿真”、“晶片-韌體仿真”、“軟-硬體聯合仿真”等功能，以進一步達成數位化產品開發的目的。目前正處於這一時期的開端。RecurDyn的研發部門正集中全球的開發資源，計畫將RecurDyn開發成一個“多學科集成的最佳化平台”和一個“機-電-控集成的產品開發平台”
