本发明专利技术主要涉及一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法，主要步骤为：(1)在SolidWorks环境下，对系统进行三维建模并转换为中性文件，导入ADAMS；(2)在Ansys中进行柔性体部件的模态分析，转换为中性文件，导入ADAMS以替换相应的刚体模型；(3)对仿真模型进行前置处理；(4)在Matlab中建立系统控制模型，通过ADAMS/Control模块对门系统进行仿真控制，完成整个系统的运动学及动力学仿真；(5)搭建实验测试平台，并进行系统的运动实验测试；(6)比较仿真结果与实验结果，不断修正模型；(7)进行正常开、关门及模拟实际工况的运动仿真，寻找最佳的门控系统模式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用SolidWorks、Ansys、ADAMS、Matlab进行联合仿真的分析方法，尤其涉及一种轨道车辆门系统动力学联合仿真分析方法。
技术介绍
随着轨道交通的迅速发展，轨道车辆的需求逐年增加，作为轨道车辆系统中的一个关键大型部件，轨道车辆门系统的设计引起了轨道车辆设计、运用和运输管理部门的高度关注。轨道车辆门系统的安全性则直接影响轨道车辆安全，近年来，高速车辆系统的可靠性设计成为国内外学者研究的重要课题之一传统的轨道门系统设计常采用方法是先进行门系统的需求分析，然后生产研制出样机，然后再进行门系统的工作运行实验，当通过实验发现问题时，需要修改设计，再加工样机，再进行样机实验，如此反复进行，尤其是当整个门系统的机构部件较多时，这存在着 成本高、风险大、开发周期长等缺点；且在进行门系统整体部件设计过程，其参数大多是试凑法，往往不是最优的，因此不能有效地提高门系统的工作性能。虚拟样机技术是通过机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，结合成熟的三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术，对设计产品进行虚拟性能测试的一种高新技术。它可以在快速完成多次物理样机无法完成的仿真试验，并能输出相应的仿真结果。利用虚拟样机技术不但可以降低开发成本、缩短开发周期，而且可以极大地提高产品设计的质量，故应用虚拟样机技术对门系统的动力学特性进行分析研究具有很高的经济效益。由于轨道车辆门系统机构复杂，包含有丝杆、螺母、门板等刚性体构件，同时还包含承载轮、门板密封条等柔性体构件，并且开、关门的控制系统根据运行需求的不同也较为复杂，故采用SolidWorks进行门系统刚性体的建模、Ansys进行门系统柔性体部件的模态分析、Matlab进行门系统控制算法的建模，最后在ADAMS中实现门系统的联合仿真。据文献检索，基于虚拟样机技术，而将Ansys、Matlab运用于轨道车辆门系统的仿真分析仍未见报道。因此，进行轨道车辆门系统动力学联合仿真分析方法的研究非常必要且具有重要意义。
技术实现思路
I.要解决的问题本专利技术的目的在于针对现有技术通过样机实验进行优化设计的缺陷，提供，使其能方便的模拟轨道车辆门系统的开、关门运动情况，真实的反映轨道车辆门的运动机理，以供轨道车辆门研制过程中机械结构设计、控制算法研究以及整体优化等方面2.技术方案，其特征在于包括以下步骤(I)在SolidWorks软件环境下，对轨道车辆门系统中主要零部件进行三维建模，并将三维模型转换为ADAMS可导入的中性格式文件。(2)在Ansys中进行门系统中柔性体部件的模态分析，并转换为ADAMS可导入的中性格式文件替换刚体装配体中的刚体模型。(3)对仿真模型进行前处理设置，设置材料属性、各零件之间的约束副、外界载荷等;(4)在Matlab中建立轨道车辆门系统的不同控制算法，并通过ADAMS/Control模块实现整个轨道车辆门系统的运动学及动力学仿真，并调用ADAMS/Solver进行仿真计算，输出门系统零部件的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力等仿真结果。(5)搭建实验测试平台，并进行门系统运动实验测试，检测门板的位移、速度、加速度及摩擦力实验结果。(6)将步骤(4)的仿真结果与步骤(5)的实验结果进行比较，若两者的位移曲线误差小于10%，说明所建模型的准确性及仿真分析的可行性，可进行后续的步骤(7);若两者·误差大于10%，说明所建模型与真实模型存在较大的误差，则返回步骤，则返回(3)，进行参数修改，直至两者误差小于10%。(7)进行不同运动控制模式下的门系统运动仿真，输出车辆门装置的位移、速度，也即是以车辆门受到的冲击力最小、关门功率小于IW为优化目标，进行不同控制模式的仿真，寻找最佳的门控系统模式；进行在不同材料刚度属性、润滑条件和工况下的锁闭装置动力学特性仿真分析，输出锁闭装置的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力，进而作为锁闭装置后续改进的理论依据。其中，所述仿真模型包括的零件有上导轨1，支撑块2，丝杆3，门板4，门扇胶条5，门槛6，承载轮7，锁套8，螺母座9，滚动锁销10，螺母套11，定位螺钉12，过渡套13。所述仿真模型中零件材料属性为上导轨I为硬铝合金，支撑块2为硬铝合金，丝杆3为钢铁，门板为硬铝合金，门槛6为硬铝合金，锁套8为工程塑料，螺母座9为硬铝合金，滚动锁销10为钢铁，螺母套11为硬铝合金，定位螺钉12为钢铁，过渡套13为黄铜。所述仿真模型中，零件间的约束包括上导轨I与ADAMS中ground (大地)设置固定副；支撑块2与上导轨I设置固定副，丝杆3与支撑块2设置转动副；门板4与螺母套11设置旋转副；滚动锁销10与丝杆3设置接触；滚动锁销10与螺母套11设置旋转副；丝杆3与过渡套13设置接触；丝杆3与锁套8设置接触；过渡套13与定位螺钉12设置接触；过渡套13与螺母座9设置旋转；过渡套13与螺母套11设置球铰副；螺母套11与定位螺钉12设置固定副；螺母座9与锁套8设置固定副；门板4与承载轮7设置转动副；门板4与门扇胶条5设置固定副；门板4与门滥6设置移动副，门滥6与ADAMS中ground (大地)设置固定副。所述仿真模型中的载荷和驱动包括门板4设置外界等效载荷，螺母套11与螺母座9设置扭簧载荷，丝杆3设置旋转动力驱动。3.有益效果本专利技术的有益效果是(I)本专利技术结合三维绘图软件SolidWorks、柔性体分析软件Ansys、控制算法建模软件Matlab、动力学仿真软件ADAMS，发挥各个软件的各自优势，实现门系统的的联合仿真。ADAMS与Matlab的交互式数据传递，在ADAMS中可视化门的运动过程，并且利用ADAMS的后处理模块，观察门系统运动过程中各项参数曲线，从而分析系统的运动学、动力学特性。根据分析结果，对所建模型及仿真模块进行评价，为门系统的优化提供重要的理论参考依据。基于多软件的联合仿真，可大大简化物理样机的检验调试过程，提高产品的开发速度、降低开发成本、降低产品开发的风险。(2)本专利技术将多软件相结合，实现刚、柔耦合体、复杂控制系统的轨道车辆门系统仿真，为带有复杂结构体及控制的机械系统设计提供了新方法。该方法可以推广应用到其他类似的刚、柔耦合机械系统的仿真分析中，实现快速、高质量、低成本的设计目标，具有很高的经济效益。附图说明图I轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法的流程图；图2门系统动力学仿真模型图； 图2中标号名称上导轨I，支撑块2，丝杆3，门板4，门扇胶条5，门槛6，承载轮7，锁套8，螺母座9，滚动锁销10，螺母套11，定位螺钉12，过渡套13 ；图3承载轮接触力曲线；图4门板位移曲线；图5门板速度曲线；图6门板加速度曲线；图7锁销接触力曲线；具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的具体内容作进一步说明，但本专利技术的具体实施方式不限于此。凡依本专利技术的创造精神及特征、模式和实现本专利技术功能的都在本专利技术的保护范围之内。本专利技术的，包括=SolidWorks刚性体建模、Ansys柔性体建模、Matlab控制算法编程、结合ADAMS进行轨道交通车辆门系统的联合仿真分析方法，具体步骤如下(I)刚性体的三维建模在三维造型软件SolidWorks中，通过草图绘制、特征拉伸/切除等工具按照实际尺寸对门系统主要零部件本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轨道交通车辆门系统动力学联合仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在SolidWorks软件环境下，对轨道交通车辆门系统中零部件进行三维建模，并将门系统的三维装配体模型转换为ADAMS可导入的中性格式文件。(2)在Ansys中进行轨道交通车辆门系统中柔性体部件的模态分析，并转换为ADAMS可导入的中性格式文件替换三维装配体中的与其对应的刚体模型。(3)对仿真模型进行前处理设置，设置零部件材料属性、各零件之间的约束副、外界载荷、驱动。(4)在Matlab中建立轨道交通车辆门系统的控制算法，例如：正常开、关门的控制算法；模拟开、关门过程中施加外载荷的控制算法。并通过ADAMS/Control模块对门系统进行仿真控制，完成整个轨道交通车辆门系统的运动学及动力学仿真，并调用ADAMS/Solver进行仿真计算，输出轨道交通车辆门系统零部件的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力的仿真结果。(5)搭建实验测试平台，并进行门系统运动实验测试，检测门板的位移、速度、加速度及摩擦力实验结果。(6)将步骤(4)的仿真结果与步骤(5)的实验结果进行比较，若两者的位移曲线误差小于10％，说明所建模型的准确性及仿真分析的可行性，可进行后续的步骤(7)；若两者误差大于10％，说明所建模型与真实模型存在较大的误差，则返回步骤(3)，进行参数修改，调整各约束副的接触参数，包括：刚度、力的非线性指数、最大粘滞阻尼系数、最大阻力时构件的变形深度、静态阻力系数，并重新进行仿真，输出仿真结果，直至两者误差小于10％。(7)进行正常开、关门的运动仿真及模拟实际运行中出现的工况运动仿真，输出轨道车辆门系统中门板的位移、速度、加速度，输出轨道车辆门系统中关键部件承载轮、滚动锁销、锁套、螺母套的位移、速度、加速度及各零件之间的相互作用力；以轨道交通车辆门系统中门板在关门过程中受到的冲击力最小、关门功率小于1W为优化目标，调整驱动参数分别进行仿真，寻找最佳的门控系统模式；并调整轨道交通车辆门系统中零部件的材料属性、接触参数条 件，分别进行仿真，比较相应的输出结果，进而为轨道交通车辆门系统装置后续改进提供理论依据。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱松青，史翔，韩亚丽，许有熊，陈茹雯，贡智兵，
申请(专利权)人：南京康尼机电股份有限公司，南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
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