机械动力学软件SIMPACK上级报告
SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程教学中的应用
DOI:10.16660/ki.1674-098X.2012-5640-5926SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程教学中的应用①陈双喜(成都大学 机械工程学院 四川成都 610106)摘 要：在《轨道车辆动力学》课程教学中，应用SIMPACK软件的wheel/Rail模块建立典型的轨道车辆动力学模型，直观地展示钢轨、轮对、电机、转向架、抗蛇行减振器、横向止档、一系/二系悬挂系统等关键部件的安装位置，辅助讲解车辆动力学涉及到的重要问题，如运行安全性、蛇行运动稳定性、平稳性及曲线通过能力等。
实践表明，运用SIMPACK软件辅助教学能使学生更加深刻掌握轨道车辆的动力学理论知识及工程应用。
关键词：轨道车辆动力学 SIMPACK 建模仿真 课程教学中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2021)02(b)-0226-06 Application of SIMPACK Software in the Teaching of RailVehicle DynamicsCHEN Shuangxi(School of Mechanical Engineering, Chengdu University, Chengdu, Sichuan Province, 610106 China) Abstract: In the course of Rail Vehicle Dynamics, the wheel / rail module of SIMPACK software is used to establish a typical dynamic model of railway vehicle, which can directly show the installation positions of key components such as rail, wheel set, motor, bogie, anti hunting damper, lateral stop, primary / secondary suspension system, etc., and help explain the important issues related to vehicle dynamics, such as operation safety The results show that the stability of the snake movement, the stability of the snake movement and the ability of curve passing. Practice shows that using SIMPACK software to assist teaching can make students more deeply grasp the theoretical knowledge and engineering application of rail vehicle dynamics.Key Words: Rail vehicle dynamic; SIMPACK; Modeling and simulation;Course teaching轨道车辆动力学是车辆工程专业（轨道交通方向）和载运工具运用工程专业教学的主要课程，体现了轨道交通系统的最根本的特色：车轮与钢轨的基础知识及应用。
simpack案例
simpack案例Simpack是一种用于多体动力学仿真的软件工具，它广泛应用于机械、航空航天、汽车等领域。
Simpack能够对复杂的运动系统进行建模和分析，帮助工程师预测和优化产品的性能。
以下是关于Simpack的一些案例研究。
1. 轮式装载机悬架系统的仿真在这个案例中，Simpack被用来模拟轮式装载机的悬架系统。
通过建立合适的模型和参数设置，工程师可以分析悬架系统在不同路况下的动态特性，进而优化悬架系统的设计，提高车辆的行驶稳定性和舒适性。
2. 风力发电机组的振动分析Simpack可以用于分析风力发电机组的振动特性，帮助工程师确定振动源和振动传播路径。
通过对发电机组的振动进行仿真和优化，可以减少振动对设备的磨损和损坏，提高风力发电机组的可靠性和寿命。
3. 铁路车辆的动力学仿真Simpack可以用来模拟铁路车辆的运动和动力学特性。
工程师可以根据车辆的几何参数和动力系统的特性，分析车辆在不同速度和路况下的行驶稳定性和舒适性。
这可以帮助优化铁路车辆的设计，提高列车的运行效率和乘客的舒适度。
4. 汽车底盘系统的动态分析Simpack可以用于模拟汽车底盘系统的动态特性。
通过建立底盘系统的模型，工程师可以分析底盘的悬架、转向和制动系统等对车辆行驶稳定性和操控性的影响。
这可以帮助优化汽车底盘的设计，提高车辆的操控性能和安全性。
5. 飞机起落架系统的振动分析Simpack可以用来模拟飞机起落架系统的振动特性。
工程师可以通过建立合适的模型和参数设置，分析起落架在起飞和降落过程中的振动情况，评估起落架的结构强度和疲劳寿命。
这可以帮助优化起落架的设计，提高飞机的安全性和可靠性。
6. 洗衣机鼓筒的动力学仿真Simpack可以用来模拟洗衣机鼓筒的运动和振动特性。
工程师可以根据鼓筒的几何参数和驱动系统的特性，分析鼓筒在洗涤过程中的运动轨迹和振动情况。
这可以帮助优化洗衣机的设计，提高洗涤效果和使用舒适度。
7. 船舶的航行动力学仿真Simpack可以用来模拟船舶的航行动力学特性。
机械动力学软件SIMPACK上级报告
（201-~201-学年第1学期）机械工程分析软件应用SIMPACK上级报告姓名：班级：学号：目录第一章、单摆模型 (1)第二章、双摆模型 (5)第三章、3连杆机构的建立 (8)第四章、转向架的建立 (12)第五章、车体的建模 (37)第一章、单摆模型1.1新建模型主菜单》，单击，新建一个名为mingchenPendulum 文件。
如图1-1。
图1-11.2 新建一个Body点开建模窗口》单击新建名为$B_mingchen_Body1的刚体双击【﹩B_mingchen_Body1】并设置参数如下:质量Mass=5.0kg质心（x,y,z）=(0,0,-0.3).转动惯量为Ixx=Iyy=10.0mkg.2.如图1-2.kg.2,Izz=1.0m单击【3D Geometry】并双击【$P_mingchen_Body_1_CUbody】设置模型的外形参数.并单击【OK】完成.如图1-3所示。
单击【save】保存设置。
图 1-2 模型参数图 1-3 外形设置1.3销钉的建立回到建模窗口》单击》双击【﹩B_mingchen_Body1】》【3DGeometry】新建一个实体【$P_mingchen_Body_1_Cubody_2】双击【$P_mingchen_Body_1_Cubody_2】设置模型参数如图1-4所示。
单击平【OK】返回建模窗口。
单击【save】保存设置。
图1-4 销钉参数1.4 铰的新建和体的铰接单击》双击$J_Body1》单击选择01号铰接并设置参数如图1-5所示，并铰接2个体，单击【OK】返回建模窗口完成铰的建立。
并保存设置。
图1-5 铰参数1.5运行并保存模型单击》单击【go】运行模型》单击【File】》save》【File】》Exit。
图 1-6 运行窗口图 1-7 模型第二章、双摆模型2.1模型的建立主菜单》，单击，新建名为 mingchen_dublePendulum 的文件,如图2-1所示。
运用SIMPACK软件仿真的动力学分析
运用SIMPACK软件仿真的动力学分析寇丽君【摘要】SIMPACK软件在铁路行业,国内外应用非常广泛,不仅可以对客车(包含动车组)、货车、机车等车辆进行仿真模拟,而且可对受电弓、线路、轮轨磨耗、车轮扁疤、弹性扣件等进行模拟.本文先建立Rail PAir和TrackPair建立轮对模型,并对铁路铰接、轮轨关系、线路、轨道不平顺等进行介绍;然后建立客车模型,分析车辆的振动特性,得到具有良好动态特性的车辆.【期刊名称】《南方农机》【年(卷),期】2018(049)023【总页数】1页(P136)【关键词】SIMPACK软件;仿真模拟;振动特性;动态分析【作者】寇丽君【作者单位】吉林铁道职业技术学院,吉林吉林132200【正文语种】中文【中图分类】TP391.71 SIMPACK动力学软件介绍铁路车辆常用动力学仿真的软件有两类：专用软件、通用软件[1]。
专用软件是针对某一类车辆编制的，特点是一种专用软件只适用于一种车辆，只需向软件输入车辆的参数数据就能得出所需结果，针对性强，使用方便。
通用软件，有数据库，使用者在数据库中选择所需模型和文件，建立各种高速列车的力学模型，然后根据相关数据进行计算求解。
SIMPACK在铁道机车车辆应用十分广泛，可以对机械系统运动学、动力学进行仿真分析，其轮轨模块应用最为广泛，占有了国外市场的60%份额。
铁道车辆整车的系统振动特性、各个零部件的受力情况、位移等等都可以由SIMPACK分析模拟。
并且，SIMPACK还具有与ANSYS、CAD、以及CACE控制等软件进行接口。
此外，该软件还可利用所测数据进行模态分析、频域分析和谱分析等[2]。
研究人员使用该软件可快速建立动力学模型，随即自动形成力学方程，并得到系统的动态特性或频域特性。
该软件采用先进的相对坐标系建模，求解迅速，当模型的零件增多时，优势尤为明显，且采用核心递归算法保证了求解的稳定性和可靠性[3]。
2 建立整车动力学分析模型根据已有车辆载荷参数和结构尺寸参数以及铁路相关技术标准进行建模，按照轮对→轨道接触→转向架→整车模型的次序建立高速列车动力学模型模型。
simpack案例
simpack案例Simpack是一种用于多体动力学分析的仿真软件，广泛应用于机械、航空航天、汽车等工程领域。
本文将以人类的视角描述Simpack的应用案例，让读者感受到仿佛是真人在叙述，同时保证文章的自然度和流畅度。
1. 仿真汽车悬挂系统：Simpack可以模拟汽车悬挂系统的动力学行为，通过改变悬挂参数和道路条件，分析悬挂系统的响应特性、车辆稳定性和乘坐舒适度。
2. 轴承振动分析：Simpack可以对各种类型的轴承进行振动分析，研究轴承的疲劳寿命、振动响应和噪声特性，帮助优化轴承设计和选型。
3. 桥梁结构动力学仿真：Simpack可以对桥梁结构进行动力学仿真，研究桥梁的自然频率、振动模态和疲劳寿命，为桥梁设计和维护提供参考。
4. 飞机机翼振动分析：Simpack可以模拟飞机机翼在各种飞行状态下的振动行为，研究机翼的结构强度、气动稳定性和疲劳寿命，为飞机设计和改进提供指导。
5. 电机振动分析：Simpack可以对各种类型的电机进行振动分析，研究电机的动力学行为、振动特性和噪声辐射，帮助改善电机的性能和可靠性。
6. 车辆碰撞模拟：Simpack可以模拟车辆在碰撞过程中的动力学行为，研究车辆的碰撞安全性和结构强度，为车辆设计和碰撞安全评价提供依据。
7. 摩擦材料磨损分析：Simpack可以模拟摩擦材料的接触和磨损行为，研究摩擦材料的摩擦系数、磨损率和寿命，为摩擦材料的选择和优化提供指导。
8. 船舶动力学仿真：Simpack可以对船舶的运动和操纵特性进行仿真，研究船舶的稳定性、操纵性和航行性能，为船舶设计和操作提供参考。
9. 铁路车辆悬挂系统优化：Simpack可以模拟铁路车辆的悬挂系统，通过改变悬挂参数和轨道条件，优化车辆的稳定性、运行平稳性和乘坐舒适度。
10. 建筑结构地震响应分析：Simpack可以对建筑结构在地震荷载下的响应进行仿真，研究结构的抗震性能和振动特性，为建筑设计和抗震评估提供参考。
基于SIMPACK的机构运动仿真分析及应用
文章编号:1001-2265(2007)10-0041-03收稿日期:2007-04-26;修回日期:2007-06-07作者简介:钟文彬(1983—),男,四川荣县人,硕士研究生,主要研究方向为机械CAD /CAE 、系统动力学,(E -mail )z wb090411@ 。
基于SI M P ACK 的机构运动仿真分析及应用钟文彬1,晏星凡1,李莹2(1.西南交通大学机械工程学院,成都 610031;2.西南交通大学峨眉校区机械系,四川峨眉 614202)摘要:机构的运动仿真及动力学仿真分析在机械产品的设计和开发过程中起着十分重要的作用。
文章在对多体动力学软件SI M P ACK 机构运动仿真分析的特点、方法及应用领域介绍的基础上,以曲柄摇杆机构为例介绍了机构运动仿真的具体方法和过程。
通过机构的运动仿真,优化了设计,提高了新产品开发的效率和可靠性,同时也为后续动力学分析打下基础。
关键词:机构;运动仿真;SI M P ACK 中图分类号:TP39119 文献标识码:AAna lysis and Appli ca ti on of M echan is m M oti on S i m ul a ti on Ba sed on S I M PACKZ HONG W en 2bin 1,YI N G Xing 2fan 1,L I Ying2(1.School ofMechanical Engineering,South west J iaoTong University,Chengdu 610031,China;2.Depart m ent of Mechanical Engineering,South west J iaoT ong University E_ME I,Emei Sichuan 614202,China )Abstract:Analysis of mechanis m moti on si m ulati on and dyna m ic si m ulati on p lays an i m portant r ole in the p r ocess of design and devel opment of mechanic p r oduct .This paper p resents the feature,method,and main ap 2p licati on field of SI M P ACK in Si m ulati on of mechanis m moti on,and a crank -r ocker mechanis m is built t o de 2tail the method and p r ocess of si m ulati on in this paper .A s a result,the design is op ti m ized,the efficiency and reliably of design are greatly i m p r oved,and it will be useful f or dyna m ic analysis .Key words:mechanis m;moti on si m ulati on;SI M P ACK0 引言在现代机械产品的开发和设计中,通常需要进行机构的运动学仿真,用来模拟机构运动全过程,分析其运动参数,以便进行方案选择和方案确定。
基于SIMPACK的车辆系统动力学性能分析
重载、曲线半径过小等问题ꎬ分析其动力学性能ꎮ 试验中根据脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向
力等指标参数ꎬ对列车运行的平稳性及稳定性进行评估ꎮ
关键词:ＳＩＭＰＡＣＫꎻ平稳性ꎻ安全性ꎻ直线运行ꎻ曲线通过
中图分类号:Ｕ２７０ 文献标志码:Ｂ 文章编号:１６７１￣５２７６(２０２２)０５￣００９５￣０３
根据建模后的离线分析结果ꎬ分别计算各运行速度下
平稳性等级
良好
的Ｗ ｙ 、Ｗ ｚ 、Ｎ ＭＶ 、Ｍα ｃｙ 、Ｍα ｃｚ 、Ｓα ｃｙ 及Ｓα ｃｚ ꎬ并根据所得数据进
表 ３ 客车运行平稳性指标与等级
２
TC2
E LNI
图 ６ ＭＰ１ 空车工况下平稳性指标平均值( 建模)
所有情况下的轮轨力以及其位置ꎬ因此还需进行更多相关
车轮滚动圆直径 / ｍｍ
耗ꎬ提高车辆的运行安全性和舒适性ꎬ基于车辆动力学理
钢轨 / ( ｋｇ / ｍ)
种地铁线路缓和曲线线型进行研究ꎬ分析了各线型下的轮
车体质量 / ｋｇ
的研究 [６] ꎮ 周素霞等 [７] 为了减 轻 地 铁 运 行 中 的 轮 轨 磨
0.05
信号传输采用集流环装置ꎮ
0
5$
.1
DD4
B
6D2
,
AO
DFD(
0.4
图 ７ 轮对的蛇行运动
0.2
试验载荷工况包括:空车、重载ꎮ
列车在行使过程中会出现蛇行运动的现象ꎮ 蛇行运
0
动为非线性自激振动ꎮ 它是由蠕滑力和轮轨几何关系引
专家级动力学分析软件_SIMPACK
个花架子， 成了大量的国家投资的 造 浪费。 议企业和国内外高水平的高 建 校、 究院所或从事以咨询为主的公 研 司 而非软件销售开发商） 作， 同 （ 合 共 培养企业自己的人才， 花巨资买来 把 的软件真正用起来。 ■
北京奥斯普科技有限公司
由于 Ｓ Ｉ Ｍ Ｐ Ａ Ｃ Ｋ 软件强大的运动 学／动力学分析功能， 可建立任意复杂 机械或机电系统的虚拟样机模型， 包 括从简单的少数自由度系统到高度复 杂 的 机 械 、机 电 系 统（ 如 链 条 、列 车 等） 对于用户来说， 。 ＳＩＭＰＡＣＫ 软 件 可 以被应用到产品设计、 开发、 优化的任 何阶段。 北京奥斯普科技有限公司（Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｒｏｖｉｄｅｒ Ｌｔｄ．简 称 ＥＳＰ ＬＴＤ）成 立 于 ２００３年 １月， 宗旨是与中国的广大制造业用户结成合作 伙伴， 以仿真计算技术和试验为基础充分理解用户的需求， 为广大的客户提 供专用的解决方案。 公司旗下聚集了一批具有丰富工程背景的工程师和分析 专家。 务的行业涉及汽车、 道、 空、 天和机械制造领域等， 务的 服 铁 航 航 服 领域包括机械产品设计、 产品性能分析、 振动噪声控制和故障诊断， 针对工 程 用 户 定 制 的 软 件 开 发 。 ２００３ 年 底 开 始 ， 斯 普 成 为 ＳＩＭＰＡＣＫ在 中 国 的 从 奥 独家总代理。
软件， 致力于基于时域数值积分技 并 术的发展。 １９８５ 年 由 ＤＬＲ 开 发 的 相 对 坐标系递归算法的 Ｓ Ｉ Ｍ Ｐ Ａ Ｃ Ｋ 软件问 世， 并很快应用到欧洲航空航天工业， 掀起了多体动力学领域的一次算法革 命 。同 时 ＤＬＲ 首 次 将 多 刚 体 动 力 学 和 有限元技术结合起来， 创了多体系 开
专家级动力学分析软件--SIMPACK
专家级动力学分析软件--SIMPACK
傅秀通
【期刊名称】《《CAD/CAM与制造业信息化》》
【年(卷),期】2004(000)003
【摘要】总部位于德国慕尼黑的INTEC公司以其旗舰产品——SIMPACK多体动力学仿真软件享誉世界。
SIMPACK是机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学软件。
利用该软件,工程师可以快速预测复杂机械系统整机的运动学/动力学性能和系统中各零部件所受载荷。
【总页数】2页(P69-70)
【作者】傅秀通
【作者单位】北京奥斯普科技有限公司总经理
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于SIMPACK软件的某型城市轨道交通车辆运行安全仿真及平稳性研究 [J], 李晓斌;方宇;金子博;尧辉明
2.基于Simpack的重载操作机刚柔耦合动力学分析 [J], 韩雅楠;李刚;罗晓明
3.运用SIMPACK软件仿真的动力学分析 [J], 寇丽君
4.SIMPACK软件在《轨道车辆动力学》课程教学中的应用 [J], 陈双喜
5.中国软件产业规模和软件人才趋势的系统动力学分析 [J], 邱惟明;赖茂生
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SIMPACK上机建模指导
SIMPACK上机建模指导SIMPACK上机指导1. 软件安装1. 解压缩⽂件到D:\SIMPACKv8.6⽬录下。
2. 运⾏install.exe，提⽰是否覆盖原⽂件时，选择No。
其他选择默认设置3. ⽤记事本打开D:\SIMPACKv8.6\License\spck_86.dat⽂件，⽤本机器名替换第⼀⾏中的原机器名。
本机的机器名可通过“控制⾯板－系统－计算机名－完整的计算机名称”获得。
4. 从“开始”菜单通过Startup Configuration －License Server or LM_LICENSE_FILE菜单，修改export LM_LICENSE_FILE这⼀⾏改成如下形式：export LM_LICENSE_FILE="D:\SIMPACKv8.6\License\spck_86.dat"2. 车辆参数以曼彻斯特标准（The Manchester Benchmarks）中的车辆1为对象，车辆的具体参数如下。
表1车辆模型参数参数名称数值单位轮对（4对）质量1813 ㎏侧滚惯量1120 ㎏㎡点头惯量112 ㎏㎡摇头惯量1120 ㎏㎡转向架构架（2个）质量2615 ㎏侧滚惯量1722 ㎏㎡点头惯量1476 ㎏㎡摇头惯量3067 ㎏㎡车体（1个）质量32000 ㎏侧滚惯量56800 ㎏㎡点头惯量1970000 ㎏㎡摇头惯量1970000 ㎏㎡⼀系悬挂(每转向架4组)纵向刚度31391 kN/m横向刚度3884 kN/m垂向刚度1220 kN/m纵向阻尼系数15 kNs/m横向阻尼系数 2 kNs/m垂向阻尼系数 4 kNs/m⼆系悬挂（每转向架2组）纵向刚度160 kN/m横向刚度160 kN/m垂向刚度430 kN/m横向阻尼系数32 kNs/m垂向阻尼系数 2 kNs/m抗侧滚扭杆刚度940 kNm/rad 牵引拉杆刚度500 kN/m牵引拉杆阻尼系数25 kNs/m备注：抗侧滚扭杆与牵引拉杆每个转向架1个。
simpack案例
simpack案例Simpack是一种多体动力学仿真软件，可用于分析和优化复杂机械系统的动态行为。
它通过模拟物体之间的相互作用和运动来预测系统的响应。
以下是关于Simpack案例的几个例子，展示了它在不同领域的应用。
1. 汽车悬挂系统优化汽车悬挂系统对于车辆的舒适性和操纵性至关重要。
使用Simpack，工程师可以模拟悬挂系统的动态行为，分析并优化悬挂器的设计。
通过调整悬挂器的几何参数、弹簧和减振器的刚度和阻尼等，可以改善汽车的悬挂性能。
2. 铁路车辆动力学分析铁路车辆经常面临复杂的动力学问题，如轨道不平顺、车辆与轨道之间的相互作用等。
使用Simpack，工程师可以模拟车辆在不同轨道条件下的运动，预测车辆的稳定性和安全性。
这有助于改进列车的设计和轨道的维护，提高铁路运输的效率和安全性。
3. 振动分析和噪声控制在机械系统中，振动和噪声是常见的问题。
使用Simpack，工程师可以模拟系统的振动行为，并评估不同设计方案的振动和噪声水平。
通过优化系统的几何形状、材料选择和结构参数，可以减少振动和噪声的产生，提高机械系统的性能和可靠性。
4. 风力发电机组设计风力发电机组的设计涉及到机械结构、风载荷和动力学等多个方面。
使用Simpack，工程师可以模拟风力发电机组在不同风速和风向下的运动，预测发电机组的性能和可靠性。
通过优化叶片的几何形状、控制系统的参数和发电机组的布置，可以提高风力发电机组的发电效率。
5. 船舶运动分析船舶在波浪中的运动是一个复杂的问题，涉及到船体结构、波浪力和操纵系统等多个因素。
使用Simpack，工程师可以模拟船舶在不同海况下的运动，预测船体的运动响应和船员的舒适性。
通过优化船体的几何形状、舵机系统的参数和船体的稳定性，可以改善船舶的操纵性和航行性能。
6. 建筑结构动力学分析建筑结构在地震、风载等外力作用下会发生动态响应。
使用Simpack，工程师可以模拟建筑结构的振动行为，评估结构的稳定性和安全性。
SIMPACK软件基础
• Simpack软件概述 • Simpack软件基础操作 • Simpack软件高级功能 • Simpack软件常见问题及解决方案 • Simpack软件案例分析
01
Simpack软件概述
软件简介
Simpack是一款专业的多体动力学仿真软件，广泛应用于机械、汽车、航空航天、船舶、电子等领域 。
VS
详细描述
Simpack软件支持多种动力学分析方法， 包括瞬态分析、模态分析、谐波响应分析 等，可以模拟系统在不同条件下的动态性 能，为优化设计提供依据。
优化设计
总结词
Simpack软件具备强大的优化设计功能，通过调整系统参数实现性能优化和轻量化设计。
详细描述
Simpack软件支持多种优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，可以根据用户设定的目 标函数和约束条件，自动调整系统参数，实现最优设计。
结果查看问题
要点一
总结词
Simpack软件的结果查看功能可能出现异常，导致无法正 常查看结果。
要点二
详细描述
解决这类问题需要检查软件是否正常运行，并确保结果文 件没有损坏。如果无法正常查看结果，可以尝试重新运行 求解器或检查模型设置是否正确。同时，也可以尝试使用 其他软件或工具来查看结果文件。
05
它采用先进的数值计算方法和多体动力学理论，能够对复杂机械系统进行精确的动态仿真和优化设计 。
软件特点
高效性
Simpack采用高性能计算技术， 能够快速完成大规模的仿真计算， 提高工作效率。
精确性
Simpack采用多体动力学理论， 能够精确模拟复杂机械系统的动 态行为和运动过程。
灵活性
Simpack支持多种建模方式和参 数设置，用户可以根据实际需求 进行灵活的仿真分析。
Simpack软件平台在车-桥耦合系统虚拟仿真实验教学中的探索与应用
Simpack软件平台在车-桥耦合系统虚拟仿真实验教学中的探索与应用发布时间：2022-09-15T03:29:51.124Z 来源：《科技新时代》2022年6期作者：胡朋, 张非, 程渭, 董国朝, 韩艳[导读] 为了让学生熟悉解决工程问题基本的操作流程，本文以高速列车通过简支梁为例，介绍了基于Simpack平台实现车-桥耦合系统振动的全过程。
长沙理工大学土木工程学院湖南长沙 410114摘要：为更灵活地开展车-桥耦合系统虚拟仿真实验的教学工作，将Simpack多体动力学仿真软件引入到实验教学中。
首先，简单介绍了Simpack多体动力学仿真软件的特点及车-桥耦合系统的基本概念，然后以高速列车和简支梁桥耦合系统为算例，阐述了基于Simpack软件平台实现车-桥耦合系统虚拟仿真实验的全过程。
通过该实验课程的教学，尤其是建模与计算教学，学生的动手能力得到了锻炼和提高。
采用Simpack多体动力学仿真平台能较方便地对车-桥耦合问题进行分析模拟，有助于学生们更好地学习和理解车-桥耦合振动现象。
关键词：桥梁工程；虚拟仿真；实验教学；Simpack软件平台；车-桥耦合1 Simpack平台与车-桥耦合系统介绍Simpack软件平台是一款以多体系统计算动力学为基础，包含多个专业模块和专业领域的多体动力学仿真软件。
Simpack具有较高的仿真精度和效率等优势，设计者可以使用Simpack软件中的轮轨模块实现参数化和可视化建模，快速地建立高速列车模型。
当列车通过桥梁时，列车的高速运行会对桥梁结构产生冲击作用，使桥梁产生振动。
同时桥梁的振动使列车产生振动，影响列车的行车安全性和舒适性，这种列车与桥梁之间相互影响的振动就称作为车-桥耦合振动[1]。
随着中国铁路的不断提速以及高速铁路的大规模建设和运营，为确保桥上列车的安全性和舒适性，在桥梁设计中必须要高度重视车-桥耦合振动分析。
目前市场上有关Simpack的书籍较少，围绕车-桥耦合振动分析的书籍就更加稀缺。
SIMPACK期终论文
评分：（2011~2012学年第1期）机械工程分析软件应用SIMPACK期终论文姓名：班级：铁车一班学号：目录绪论 (2)1.1前言 (2)1.2本论文的背景和意义 (2)1.3本论文的主要内容 (2)第一部分内容提炼 (3)2.1SIMPACK软件介绍 (3)2.2 SIMPACK界面认识 (3)2.3 SIMPACK仿真模型建立过程概述 (4)2.4 SIMPACK单摆模型的建立 (4)2.5 SIMPACK双摆模型的建立 (5)2.6 SIMPACK建立铁路模块的二轴转向架 (6)第二部分拓展内容 (7)第三部分英文学习 (14)4.1SIMPACK专业术语翻译 (14)4.2SIMPACK外文资料翻译 (16)结论 (20)参考文献 (20)绪论1.1 前言在世界铁路大发展的历史时刻，中国作为一个对铁路交通特别依赖的国家也在这个时刻大力发展本国的高速铁路。
而以铁路动力学分析而著称的Simpack 软件也被引入中国，为中国铁路大发展做贡献。
我们铁道车辆专业的大学生，也必须掌握这门技术，为国家建设做出贡献。
1.2本论文的背景和意义高速铁路运输在我国的交通领域起着越来越重要的作用，中国的能源有一个鲜明特点：即多煤、少油、缺气。
其主要的能源基本都是煤，而缺少目前汽车、飞机等需要的石油和天然气。
尤其是在高速发展了二三十年以后，中国对于石油及天然气的严重依赖，已经使自己在战略资源的占有上受到了巨大的挑战。
所以，以高铁这种消耗电力，且具有巨大运输能力的战略投送工具，来替代消耗大量自己并不具备的石油制品的飞机，就更具有战略上的价值，可以在很大程度上减少中国对于石油的严重依赖。
更不用说高铁比飞机对于环境而言，更具有相对优势，而这点对于在环境问题上已然受到极大挑战的中国更有吸引力。
所以，我国大力发展高铁事业是符合国情的。
我们必须掌握Simpack软件的出色之处就是其铁道车辆仿真模块，一名优秀的车辆设计师必须熟练运用才能以更加高效的工作方式完成设计开发以及维护等相关工作。
SIMPACK软件基础及应用
Simpack提供了多种时间步长和求解器选项，用户可以根据模拟需求选择适合的时间步长和求解器类型。 这些选项会影响模拟的精度和计算效率，因此需要根据实际情况进行选择和调整。
03
Simpack软件应用实例
机械系统动力学分析
总结词
Simpack软件在机械系统动力学分析中具有广泛的应用，能够模拟复杂的机械系统运动 行为，为设计优化和性能评估提供有力支持。
性能评估
通过性能评估功能，可以对系统性能进行量化评估 ，如速度、加速度、力矩等。
报告生成
Simpack软件支持自动生成仿真报告，可以 将仿真结果、图表、分析等内容整理成专业 的报告文档。
05
Simpack软件常见问题及解决 方案
模型导入问题
01
模型导入失败
检查模型文件是否完整，是否符 合Simpack软件支持的格式，同 时检查软件版本是否兼容。
汽车工业
Simpack将应用于汽车工业领域，涉及车辆动力学、空气动力学、 热力学等方面的模拟与优化。
新能源
Simpack将应用于新能源领域，如太阳能、风能、海洋能等，为 新能源设备的研发和优化提供支持。
THANKS
感谢观看
2
它采用先进的数值计算方法和多体动力学理论， 能够模拟复杂机械系统的运动和动力学行为。
3
Simpack软件提供了丰富的模型库和工具，用户 可以快速建立复杂机械系统的模型并进行仿真分 析。
软件特点
高效建模 Simpack提供了直观的图形化界 面和丰富的模型库，用户可以快 速建立复杂机械系统的模型。
广泛适用 Simpack适用于多种领域，如机 械、汽车、航空航天、船舶、电 子等，能够满足不同用户的需求。
Simpack软件简介
INTEC公司：SIMPACK软件SIMPACK是什么？SIMPACK 是机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学软件。
利用SIMPACK软件，工程师可以像构筑Cad模型一样，快速建立机械系统和机电系统的的动力学模型，包含关节、约束、各种外力或相互作用力，并自动形成其动力学方程，然后利用各种求解方式，如时域积分，得到系统的动态特性，或频域分析，得到系统的固有模态及频率以及快速预测复杂机械系统整机的运动学/动力学性能和系统中各零部件所受载荷。
由于SIMPACK软件强大的运动学/动力学分析功能，可建立任意复杂机械或机电系统的虚拟样机模型，包括从简单的少数自由度系统到高度复杂的机械、机电系统（如链条、列车等）。
对用户来说，SIMPACK软件可以被应用到产品设计、开发、优化的任何阶段。
力学方程求解有三项重要指标，分别为速度、精度和稳定性。
由于采用了最新的数学力学方法，SIMPACK软件在计算速度极其优异的同时，仍保持了很高的计算精度和稳定性，这是其它同类产品所不具备的。
由于求解器超常的能力，SIMPACK软件得到许多知名大公司的认同，其用户包括有BMW、DaimlerChrysler、Bombardier和Siemens等，且这些均为SIMPACK软件多年的忠实用户。
SIMPACK软件的亮点1. 全新的递归算法、相对坐标系以及子结构建模方法；2. 快速、稳定、可靠的求解器；3. 完善强大的碰撞建模和求解功能；4. 独有的和控制分析软件(MATLAB)双向的协同仿真技术；5. 全参数化的机械系统和控制系统分析模型；6. 独有的源代码输出功能；7. 唯一可以进行多体系统实时仿真的技术；8. 快速高效、优化的弹性体建模和求解器；9. 独有的软件一体化技术，使专业模块和通用模块100%兼容；10. 完整、安全可靠的数据库管理技术；11. 专业标准化的数据结果处理技术；12. 功能强大的专业化模块。
Simpack的基本模块：SIMPACK Kinematica and Dynamics模块主要特征：*是SIMPACK软件的核心模块*可视化的三维实体建模技术*SIMPACK 积分器*固有模态/频率分析*静力学求解*三维动画和曲线作图分析工具箱*可扩展的动态模型库如关节、弹簧、阻尼器、摩擦力等*积分设置管理一旦建模完成，工程师便可以利用SIMPACK强大的求解器，可对其进行各种分析，包括静力学分析、运动学分析、动力学分析、逆动力学分析、模态分析、受迫振动响应分析。
SIMPACK软件基础及应用Simpack软件介绍
SIMPACK软件基础及应用
2、SIMPACK软件的亮点
全新的递归算法、相对坐标系以及子结构建模 方法； 快速、稳定、可靠的求解器； 完善强大的碰撞建模和求解功能； 独有的和控制分析软件(MATLAB)双向的协同仿 真技术； 全参数化的机械系统和控制系统分析模型； 独有的源代码输出功能；
应用范围 ：铁路（火车）、公路（汽车），
控制、优化、有限元、符号运算等 利用SIMPACK软件，工程师可以像构筑CAD模 型一样，快速建立机械系统和机电系统的的动 力学模型，包含关节、约束、各种外力或相互 作用力，并自动形成其动力学方程，然后利用 各种求解方式，如时域积分，得到系统的动态 特性，或频域分析，得到系统的固有模态及频 率以及快速预测复杂机械系统整机的运动学/动 力学性能和系统中各零部件所受载荷。
SIMPACK软件基础及应用
2、SIMPACK软件的亮点
唯一可以进行多体系统实时仿真的技术； 快速高效、优化的弹性体建模和求解器； 独有的软件一体化技术，使专业模块和通 用模块100%兼容； 完整、安全可靠的数据库管理技术； 专业标准化的数据结果处理技术； 功能强大的专业化模块。
SIMPACK软件基础及应用
4）发动机及其辅助系统
正时链振动噪声分析； 配气机构设计； 带传动设计。
SIMPACK软件基础及应用
铁道行业
轮/轨系统动力学； 机车、车辆、动车组及列车动力学分析； 磁悬浮列车分析； 悬挂系统设计与优化； 磨耗、磨损预测； 线路载荷预测； 脱轨分析； 零部件寿命预测； 事故再现； 转辙动力学分析； 弓/网关系研究； 粘滑振动分析； 牵引制动系统分析； 模拟滚动台等。
SIMPACK软件基础及应用
1．2 Simpack软件的行业应用
2009级simpack-期末论文上机报告
2009级simpack-期末论⽂上机报告评分：（2011~2012学年第1期）机械⼯程分析软件应⽤SIMPACK上机报告姓名：陈霖班级：⼯机2班学号： 20097590⽬录SIMPACK上机报告 (3)第⼀节单摆 (3)第⼆节双摆 (3)第三节曲柄滑块 (4)第四节转向架 (4)SIMPACK上机报告本章主要展⽰课堂所掌握的知识，明⽩这个动⼒分析软件是怎么操作的，能够⼲些什么。
对于任何软件，第⼀个问题是如何安装。
我⼀共安装了⼗七次，可是却没有⼀次成功的，每次⼀操作就出现gui license not available。
⼀模⼀样的安装过程在刘阳的机⼦上就没有任何问题。
这让我想起了“为什么你就那么倒霉呢？”第⼀节单摆单摆的概念⾼中就学过了，就是⼀个⼀端固定，另⼀端可以绕固定点做⼀定弧度的来回转动的物体。
这⼀节就是要做这样⼀个模型。
打开程序，进⼊初始界⾯，单击file在下拉菜单中单击open model再new ⼀个模型名称，单击回车键。
再点击扳⼿图标(model setup)打开模型。
视⾓及重⼒设置就省略不说，因为这些初始默认的数据不需要做任何改动。
接着修改坐标系。
单击右上⾓坐标系图标，进⼊之后modify，再双击下⾯那个框中的选中的内容，进⼊坐标系的定义界⾯。
在type⾥⾯选择cylinder，在下⾯的框中修改参数，从⽽改变圆柱坐标系的⼤⼩和位置。
接着加单摆。
单击右上⾓body图标，弹出图框，双击被选中内容（body1）从⽽对界⾯中的⽴⽅体进⾏定义，对质量以及转动惯量进⾏定义，在这个界⾯中点击3D-Geometry对单摆的形状和位置进⾏定义。
设置铰的位置和速度。
单击右上⾓joint图标，对铰进⾏设置，双击（body1）出现铰的定义图框，from maker 和to maker不需要做改变。
只需选择铰的类型即可；双击紧接着的图框中被选择的内容，对铰的位置和速度进⾏设置。
第⼆节双摆双摆的操作极其容易就是在单摆的基础上加⼀个以单摆末端为铰点的单摆⽽已。
Simpack 专家级多体动力学仿真分析软件
Simpack 是专家级机电系统运动学/ 动力学仿真分析软件，是—款采用完全递归算法、利用相对坐标系建立模型的多体动力学软件。
利用Simpack 软件，可以描述并预测复杂机械系统的运动学及动力学性能，分析系统的振动特性、受力状况以及零部件的运动位移、速度、加速度等。
Simpack 主要特点• 先进的求解器解算技术，具有求解速度快、适应性强、稳定性好、精度高等特点• 卓越的高频分析能力，高达声学级别• 强大的齿轮建模和仿真能力，能对齿轮啸叫和敲击问题进行仿真分析• 先进的实时仿真功能，支持硬件在环(HiL)、软件在环(SiL) 和人在环(MiL)• 提供与行业顶级公司合作开发具有丰富行业经验的专业化模块运动学和动力学分析Simpack 提供了丰富的建模元件库，包括零件、较接、约束、力、碰撞、函数、控制元件等。
采用先进的子结构建模方式，允许子结构相互嵌套，通过各子结构及主模型之间的通讯器，实现子结构和主模型的自动装配。
Simpack 能进行运动学、动力学、逆动力学、频域、模态等多种分析，核心的递归算法保证了求解的稳定性和可靠性，即使像车轮脱离轨道再接触这类的强非线性接触问题，Simpack 软件亦能轻松处理。
Simpack 对仿真结果用动画和曲线的形式输出。
此外，还提供了功能丰富的曲线作图、曲线输出（ASCII、Excel）、曲线输入、曲线编辑、数据分析（如统计、FFT 变换、功率谱密度函数、滤波）、数据对比等功能。
刚柔耦合分析除了能直接在Simpack 中快速建立离散梁柔性体之外，Simpack还具有与主流有限元软件（包括Abaqus、Ansys、Nastran 等）的双向数据传递功能。
通过优化的柔性体积分技术，Simpack 不仅仿真速度快，而且具有很高的稳定性和可靠性。
Simpack 提供了与Abaqus 软件的直接数据接口，能进行两者之间的联合仿真，实现在运动过程中非线性柔性体部件与多体动力学系统之间的相互耦合，更加精确模拟现实情况。
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（201-~201-学年第1学期）机械工程分析软件应用SIMPACK上级报告姓名：班级：学号：目录第一章、单摆模型 (1)第二章、双摆模型 (5)第三章、3连杆机构的建立 (8)第四章、转向架的建立 (12)第五章、车体的建模 (37)第一章、单摆模型1.1新建模型主菜单》，单击，新建一个名为mingchenPendulum 文件。
如图1-1。
图1-11.2 新建一个Body点开建模窗口》单击新建名为$B_mingchen_Body1的刚体双击【﹩B_mingchen_Body1】并设置参数如下:质量Mass=5.0kg质心（x,y,z）=(0,0,-0.3).转动惯量为Ixx=Iyy=10.0mkg.2.如图1-2.kg.2,Izz=1.0m单击【3D Geometry】并双击【$P_mingchen_Body_1_CUbody】设置模型的外形参数.并单击【OK】完成.如图1-3所示。
单击【save】保存设置。
图 1-2 模型参数图 1-3 外形设置1.3销钉的建立回到建模窗口》单击》双击【﹩B_mingchen_Body1】》【3DGeometry】新建一个实体【$P_mingchen_Body_1_Cubody_2】双击【$P_mingchen_Body_1_Cubody_2】设置模型参数如图1-4所示。
单击平【OK】返回建模窗口。
单击【save】保存设置。
图1-4 销钉参数1.4 铰的新建和体的铰接单击》双击$J_Body1》单击选择01号铰接并设置参数如图1-5所示，并铰接2个体，单击【OK】返回建模窗口完成铰的建立。
并保存设置。
图1-5 铰参数1.5运行并保存模型单击》单击【go】运行模型》单击【File】》save》【File】》Exit。
图 1-6 运行窗口图 1-7 模型第二章、双摆模型2.1模型的建立主菜单》，单击，新建名为 mingchen_dublePendulum 的文件,如图2-1所示。
图 2-1 双摆模型复制已经建立的单摆模型并修改刚体名字为$B_mingchen_Body1_2.2.2Mark的建立在体$B_mingchen_Body1_2建立Mark点为（0,0，-0.7）命名为$M_mingchen_Body1_2_1，如图2-2所示.点击【save】保存设置。
图2-2 Mark参数2.3体2摆杆的建立单击》单击建立新刚体命名为【$B_mingchen_baigan】双击【$B_mingchen_baigan】进入参数设置。
摆杆参数为质量Mass=2.5kg,重心位置=（0,0，-0.5）m,转动惯量为Ixx=Iyy=15mkg.2。
单击【save】保存设置。
kg.2 Izz=1.0m2.4铰的建立主菜单》单击》双击$J_mingchen_baigan设置铰的参数，选择01号铰如图2-3所示。
单击【OK】》单击【save】。
图2-3 铰的设置2.5铰接摆杆和Body将摆杆和body铰接上的Mark铰接起来并运行模型。
图2-4所示.图2-4 运行窗口2.6传感器的建立建立传感器S_1，选择marker点从$M_mingchen_Body1_2_1到$M_mingchen_baigan。
设置时间进行时间积分并获得结果如图2-5所示.图2-5 传感器运行结果单击【File】》save》【File】》Exit。
第三章、3连杆机构的建立3.1新建模型主菜单》，单击，新建mingchen_3liangan的文件.3.2杆1的建立1）建模窗口》单击》双击body_1》创建Body【$B_mingchen_Body1】双击【$B_mingchen_Body1】进行参数以及模型外形的建立，如图2-6所示。
图2-6 杆12）在杆1上建立3个Mark点分别为（0,0,0.2），（0,0,-0.2），（0,0,0）.3）复制杆1粘贴并修改名称为$B_mingchen_Body2，$B_mingchen_Body3。
3.4 铰的建立1）建模窗口》单击》双击【$B_mingchen_Body1】2）设置如图2-7所示参数的铰，选取01号铰，设置完成单击【ok】》单击【save】保存设置。
图2-7 铰设置3）杆与杆之间的铰接。
如图2-8,2-9所示。
图2-8 杆1，2的铰接图2-9 杆2，3的铰接3.5 约束的建立1)支座的建立建模窗口》单击》双击【$B_Isys】》单击，新建一个Maker 坐标为（0,0.4,0）命名为$M_Isys_mingchen，如图2-10所示。
图2-10 支座2)约束的建立建模窗口》单击》单击，新建一个名为$L_mingchen的约束，选用25号约束，约束设置如图2-11所示。
分别约束Y方向和Z方向上的自由度。
3)单击》返回建模窗口》单击【save】保存设置。
3.6 模型的运行和保存建模窗口》单击》单击【go】》单击【OK】》单击》【File】》【Exit】.图 2-11 约束设置图 2-12 模型第四章、转向架的建立4.1 轮对1的建立1)新建一个文件名为mingchenbogied的文件，单击进入建模窗口。
2)环境变量的设置建模窗口》Globals》Gravity，设置重力。
图4-1 重力设置窗口3)第一个轮对的建立建模窗口》Element》bodies，设置轮对参数。
新建轮对名为$B_6551WS1，轮对参数：轮对质量=1250kg，三向惯量Ixx=Izz1000mkg.2kg.2,Iyy=100m图4-2 轮对参数4)参数化设置设置所有转向架相关的参数如图4-3所示。
图4-3所示5)设置轮对外形单击【3D Geometry】进入轮对外形参数设置。
如图4-4所示。
图4-4双击【$P_6551WS1_Cuboid】进行参数设置。
如图4-5所示。
图4-5 轮对参数设置6)运动副和铰的设置建模窗口》单击》双击$J_6551WS1进行参数设置。
图4 -6所示。
图4-67)设置轮轨接触。
单击设置轮轨参数。
设置参数如图4-7所示。
单击【OK】然后单击【save】保存.图4-7 轮轨参数8)轨道的建立建模窗口》单击进入轨道参数设置。
轨道类型选取直线如图 4-8所示。
图4-8 轨道类型选取轨道长度为10000m参数如图4-9所示。
设置完成后单击【OK】返回并保存.图4-9 轨道设置9)其他参数的设置建模窗口》单击进行参数设置，参数设置如图4-10所示，单击》回到建模窗口，单击【save】保存设置.图4-10 速度初始化4.2 轮对2的建立1)建模窗口》单击》双击【$B_6551WS2】》单击选取WS_1，然后单击【ok】返回保存设置。
图4-11 轮对2参数2)单击【Generate/Update Wheel-Rail Elements of Joint】设置轮轨接触。
同轮对1设置轮轨关系，然后单击【save】保存设置。
4.3 构建的建立1）建模窗口》单击，进行刚体的建立。
新建一刚体命名为$B_6551BF，双击【$B_6551BF】进行参数设置。
参数如图4-12所示。
图4-12 构架参数2）单击》双击【$P_6551BF_FRAME】弹出外形参数设置窗口进行构架外形参数的设置。
单击选取22号构架类型。
其他参数设置如图4-13所示。
图4-13 构架参数3）构架横梁的设置单击【3D Geometry】并建立两新体，分别命名为$P_6551_BF1_trvef1/2。
分别双击【$P_6551_BF1_trivef1】【$P_6551_BF1_trvef2。
】进入图形设置窗口，基本参数如图4-14所示。
设置完成后单击【ok】》【save】保存设置。
图4-14 横梁参数4）前后端梁的设置单击【3D Geometry】并建立两新体，命名为$P_6551BF_DQ1/2并双击$P_6551BF_DQ1/2分别设置参数如图4-15所示。
然后单击【ok】退出模型建立并保存设置。
图4-15 端梁参数5）运动副的建立建模窗口》单击》双击【$M_6551BF】，设置如图4-16所示的运动副。
图 4-16 运动副参数参数设置好后回到建模窗口》单击【save】》单击【file】》单击【relod】。
4.4 轴箱的建立1)建模窗口》单击新建一个刚体命名为$B_6551AB1通过参数化设置输入数据设置参数：质量为60kg,转动惯量Ixx=Izz=80,Iyy=60。
如图4-17所示。
2)单击进入轴箱外形参数设置。
设置参数如图4-18所示.设置完成后点击【OK】返回。
轴箱参数图4-17 轴箱外形参数图4-183)Mark的建立点击【Markers】，进入标志点设置窗口，新建三个标志点。
拉杆标志点$M_6551_AB1_mark1（0.4,0,0）弹簧标志点$M_6551_AB1_mark2（0,0，-0.3)减震器标志点$M_6551_AB1_mark3（-0.3,0,0.3）。
4)复制轴箱并复制3次同样的并修改名称一次为AB2、AB3、AB44.5轴箱的铰接建模窗口》单击进入铰的设置，如图4-19所示。
然后单击【OK】.其他三个轴箱应用等同于轴箱一完成轴箱的铰接.图4-19 铰参数设置4.6 构架上Marker的建立单击》双击【$B_6551BF】》单击，进入MARK的建立。
新建四组与轴箱相对应的mark点，及前后端梁的mark共14个。
建好后的Marker点如图4-20所示.图 4-20 Marker点的创建4.7 力的建立1)轴箱AB与构架力的建立。
建模窗口》单击》单击，新建拉杆力元，弹簧减振力元，弹簧力元。
力元的建立列表如图4-21所示。
分别一次命名为$F_BF2_ab4_1/2/3、$F_BF2_ab3_1/2/3、$F_BF2_ab2_1/2/3、$F_BF2_ab1_1/2/3。
图4-21 力元列表2)设置拉杆力元参数点击$F_BFab1_3进入力元参数的设置。
选用03号力元，采用参数化设置，设置好拉杆力元参数，在用同样方法分别设置好另外设置好其他4个轴箱上拉杆力元参数分别依次命名为$F_BF2_ab2_3、$F_BF2_ab3_3、$F_BF2_ab4_3，如图4-22所示.完成拉杆力元的设置后单击【OK】回到建模窗口单击【save】保存设置。
拉杆力元的参数为1e7、6e6、1e7，在相应位置建立好新的marker点并保存设置.图4-22 拉杆力元参数3)弹簧的设置图4-23 弹簧的设置设置弹簧参数如上图所示，采用03号力元力分别为2e5、2e5、3e6，均采用参数化设置输入数据，然后应用等同于命令分别建立另外3个弹簧参数，分别一次命名为$F_BF2_ab2_2、$F_BF2_ab3_2、$F_BF2_ab4_2.完成设置后单击【OK】回到建模菜单单击【save】保存设置。