Universal Mechanism

Universal Mechanism(簡稱UM)是俄羅斯新一代多體系統運動學、動力學仿真軟體。軟體採用模組化的組織結構,相對獨立的前後處理器,不僅能分析多自由度的剛體系統,還能分析複雜的剛柔耦合體系統,廣泛套用於機械、汽車、機車車輛、航空航天、國防軍工和機器人等領域。UM提供多種CAD軟體的接口,可直接從CAD軟體的核心導入數據,實現無縫連線,沒有數據丟失。同時也支持STEP、3DS、ASC等中間格式檔案的導入。此外,UM 實驗室還開發了一個ADAMS-UM接口,可以很方便地將ADAMS格式的幾何模型導入UM程式進行動力學分析。

UM Input (前處理),UM Simulation (求解和後處理),UM Subsystem (子系統模組),UM Automotive (汽車模組),UM Caterpillar (履帶車模組),UM Loco (鐵道車輛模組),UM Train (列車模組),UM Train 3D (3D列車模組),UM Contact 3D (3D接觸模組),UM Ballast (粒子模組),UM FEM (有限元接口模組),UM Control (控制接口模組),UM Experiments (試驗模組),UM Cluster (集群模組),UM Durability (疲勞模組),UM Rail/wheel wear (輪軌磨耗),

UM Input (前處理)

(1) 模組化功能視窗,人性化操作界面
(2) 三維動態流程化設計
(3) 真正的參數化建模技術,便於設計、修改和管理
(4) 與CAD軟體無縫連線,提高建模效率和精度
(5) 支持有限元模型導入,創建剛柔耦合體模型
(6) 豐富的鉸接、力元、摩擦和約束
(7) 實現任何機械和機電系統的建模
(8) 強大的第三方動態程式庫接入功能
(9) 特有的符號積分法快速生成和編譯運動方程
(10) 支持C++、Pascal等多種編譯器

UM Simulation (求解和後處理)

(1) 豐富的求解器 (BDF、ABM、Park、Gear2、RK4)
(2) 高速求解、支持大規模並行計算
(3) 計算結果高可靠性
(4) 自定義控制臺、仿真配置
(5) 實時仿真,支持任意多個動畫和繪圖視窗同步並行
(6) 強大的後處理功能(曲線對比、編輯、濾波、FFT、DFT等)
(7) 輸出高質量的AVI動畫和GIF動態圖像
(8) 圖表與Microsoft Office Excel完全兼容

UM Subsystem (子系統模組)

(1) 專業化的標準子系統
(2) 任意模型均可作為用戶子系統
(3) 無限次的子系統複製與嵌套
(4) 利用配置檔案快速修改子系統模型參數
(5) 創建多自由度機械系統和剛柔耦合體模型
(6) 預生成獨立子系統的運動方程

UM Automotive (汽車模組)

(1) 專業的懸架和傳動元件庫
(2) 標準的驅動模型和輪胎模型
(3) 複雜線路設計
(4) 多種方式輸入路面不平順激勵
(5) 計算固有頻率、振型、阻尼比和根軌跡
(6) 汽車操縱穩定性分析
(7) 汽車行駛平順性分析
(8) 汽車制動動力學分析
(9) 發動機運動仿真
(10) 汽車幾何參數最佳化設計
(11) 汽車系統剛柔耦合分析
(12) 汽車零部件疲勞分析和壽命預測

UM Caterpillar (履帶車模組)

(1) 標準的履帶車輪子系統
(2) 複雜線路設計
(3) 多種方式輸入路面不平順激勵
(4) 履帶車行駛動力學分析
(5) 履帶車輪接觸分析

UM Loco (鐵道車輛模組)

(1) 標準的輪對子系統
(2) 多種方式輸入軌道不平順激擾
(3) 基於軌道不平順的車輛動力學分析
(4) 專業的輪軌型面設計與匹配分析工具
(5) 基於輪軌型面的車輛動力學分析
(6) 可視化的輪軌動態接觸分析
(7) 複雜軌道線路設計
(8) 車輛幾何參數最佳化設計
(9) 計算車輛臨界速度
(10) 計算車輛系統固有頻率、振型、阻尼比和根軌跡
(11) 車輛、車橋系統剛柔耦合分析
(12) 車輛零部件疲勞分析和壽命預測
(13) 包含60多個車輛動力學性能參數的標準變數庫

UM Train (列車模組)

(1) 快速創建一維列車模型
(2) 豐富、可擴展的機車、車輛和車鉤模型庫
(3) 列車牽引縱向動力學分析
(4) 列車制動縱向動力學分析
(5) 列車惰行縱向動力學分析
(6) 列車脫軌過程仿真分析

UM Train 3D (3D列車模組)

(1) 三維車鉤緩衝裝置
(2) 組合一維和三維車輛的列車模型
(3) 全三維列車動力學仿真
(4) 車橋耦合振動分析

UM Contact 3D (3D接觸模組)

UM Contact 3D是UM 基本接觸功能的拓展,其基本接觸只支持點-曲線、點-平面、球-平面、圓-平面、球-球、點-Z曲面、球-Z曲面和圓-Z曲面等接觸。Contact 3D基於Cyrus-Beck算法,能實現任意凸多面體間的接觸仿真,可定義兩物體間的動、靜摩擦係數、接觸剛度和阻尼係數。對於含複雜曲面的物體,一般簡化成形狀近似的凸多面體,作為仿真時的接觸副本,顯著提高仿真速度。接觸力一般由法向的粘彈性力元和切向的摩擦力元兩個分量組成。適用於系統干涉檢查與碰撞分析、複雜傳動機構動力學分析以及虛擬樣機與機器人仿真。

UM Ballast (粒子模組)

(1) 二維粒子接觸分析
(2) 預測容器內粒子裝載分布
(3) 預測容器內粒子速度分布
(4) 預測容器內粒子孔隙率
(5) 分析粒子與容器相互作用
(6) 實時繪製任意粒子運動軌跡、速度和加速度等參數曲線

UM FEM (有限元接口模組)

現代工程對機械系統的精度要求越來越高,特別是大範圍內的高速運動,單純地運用剛體動力學或彈性力學都無法準確地描述系統的力學行為。如何預測剛體運動與柔體彈性變形的耦合作用產生的動態回響仍是當今工程界一大難題。UM聯合有限元分析軟體能較好地解決此類剛柔耦合問題。

UM Control (控制接口模組)

UM提供專門的控制軟體接口,容易實現自控系統、機電系統以及流體模型的仿真。

UM Experiments (試驗模組)

為了分析機械系統的動力學性能、靈敏度或者尋找最佳設計參數,工程上經常需要進行大批量試驗。UM Experiments模組提供Scanning、Optimization和Approximation三種工具用於高級動力學分析。
UM Experiments採用Tomas L . Saaty教授的層次分析法(Analytical Hierarchy Process),將複雜問題分解為若干層次和若干因素,根據因素效應分配不同的權重,使半定性半定量的決策問題轉換為定量計算問題。
Scanning:用戶只需輸入模型的幾何參數、慣量參數、剛度係數和阻尼係數等參數,定義各參數的極值,指定取值步長,即可進行系列仿真試驗。可以得到所有試驗每個變數的時間歷史曲線,用於進一步分析和數據處理。Scanning對設計域中每個數據點都進行計算,提供最全的回響曲面信息,因此可找到整體最優值。
Optimization:基於Hook-Jeevse、Neald-er-ead、Pawell、Quasi-Newton、Genetic Algorithms等經典最佳化方法,能迅速找到局部最優值,計算量很小。
Approximation:基於回響曲面二次逼近,計算設計域中的一些關鍵點得到回響曲面,適合處理參數較多的多維最佳化問題。

UM Cluster (集群模組)

UM Cluster是UM Experiments模組的擴展,基於TCP/IP協定,可以在Windows98/NT/2000/XP環境下實現分散式並行計算,大大提高仿真效率,支持區域網路和網際網路。

UM Durability (疲勞模組)

UM實驗室基於UM FEM和UM Experiments開發了UM Durability模組,用於機械結構疲勞分析、壽命預測。首先,在有限元軟體中建立零部件模型,進行模態分析,得到振型位移和應力信息,轉換為UM格式檔案,再導入UM中,套用Craig-Bampton模態綜合法建立剛柔耦合體模型,然後利用UM Experiments最佳化工具進行大量試驗,通過綜合應力時間歷程和材料的疲勞特性,得到柔體應力和應力幅的分布圖,使用經典的S-N和Carriage-building疲勞評估法預測零件壽命和破壞區域。在UM里,柔體的變形是通過一組振型的線性疊加來表示,應力也通過類似的方法得到。

UM Rail/wheel wear (輪軌磨耗)

UM Rail/wheel wear是基於UM Experiments模組的Scanning最佳化工具的輪軌磨耗專業分析工具:採用Fastsim和Non-elliptic蠕滑力模型,根據Archard、Specht、VNIIZHT、Plasticity四種輪軌磨耗模型,給定磨耗指數、權重,可同時預測車輪和軌道的磨耗量。分析時既可以按去除的材料體積也可以按行駛距離設定疊代,每一次疊代所得到的輪軌型面作為下一次疊代的初始型面。磨耗分析的結果可以用於進一步的疲勞分析。

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