机械动力学作业
1、机械动力学的研究内容
机械动力学是一门基于Newton力学，研究机械系统宏观动态行为的学科。该学科的研究对象包括几乎所有具有机械功能的系统，其研究范围涵盖了这类系统的建模与仿真、动力学分析与设计、动力学控制、运行状态监测和故障诊断等。该学科的主要任务是采用尽可能低的代价使产品在设计、研制、运行各阶段具有最佳的动力学品质。
机械动力学是机械原理的主要组成部分。它研究机械在运转过程中的受力、机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系，是现代机械设计的理论基础。研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。主要研究的是：在已知外力作用下，求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律 ；分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力；研究回转构件和机构平衡的理论和方法；机械振动的分析；以及机构的分析和综合等等。研究内容概况6个方面：
1、在已知外力作用下，求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律 ；分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力；研究回转构件和机构平衡的理论和方法；机械振动的分析；以及机构的分析和综合等等。
为了简化问题，常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。对于单自由度的机械系统，用等效力和等效质量的概念 ，可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题；对多自由度机械系统动力学问题一般用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值方法迭代求解许多机械动力学问题可借助电子计算机分析计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和机械系统的结构信息，自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。
2、分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗伯原理用静力学方法求出构件间的相互作用力。
3、研究回转构件和机构平衡的理论和方法。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法：对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。
平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力但振颤力矩的全部平衡较难实现优化技术应用于机构平衡领域已经取得较好的成果。
4、研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括：机械效率的计算和分析；调速器的理论和设计；飞轮的应用和设计等。
5、机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。
6、机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。近代机械发展的一个显著特点是，自动调节和控制装置日益成为机械不可缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控制调节装置在内的整个机械系统，控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。在高速、精密机械设计中，为了保证机械的精确度和稳定性，构件的弹性效应已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来的新的学科——运动弹性体动力学正在形成，并在高速连杆机构和凸轮机构的研究中取得了一些成果。在某些机械的设计中，已提出变质量的机械动力学问题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法，日益成为机械动力学研究的重要手段。
2、机械动力学的发展概况
机械动力学在当代获得了高速发展，呈现出全新的面貌。一方面。机械动力学在纵向已发展为包括动力学建模。动力学分析、动力学仿真、动力学设计、减振与动力学控制，以及状态监测和故障诊断等一系列领域的内容丰富的综合学科。另一方面，在横向，形成了机构动力学、传动动力学、转子动力学、机器人动力学、机床动力学和车辆动力学等多个分支领域。机械动力学在纵向的发展为其各个分支领域提供了基本理论与方法，而机械动力学在横向的各分支领域则与机械设计和生产实践直接衔接。纵横交织，机械动力学形成了一个内容丰富、结构庞大的体系。
1．经济与社会的发展是推动学科发展的基础
经济与社会的发展，特别是其中生产技术的发展是各学科领域发展的推动力；而科学与技术的发展又反过来指导了生产技术的提高，推动了经济与社会的发展。经济与社会的发展需求是第一性的，处于基础的地位。所有科学，上至横断科学，下至机械动力学的各个分支领域，都与这个基础存在着互动的关系，概莫能外。
从横向——研究对象看，机械动力学中发展出机构动力学、转子动力学、机器人动力学、车辆动力学等分支领域。它们直接面向经济发展和生产技术第一线，与基础的互动关系就特别鲜明。所有这些分支领域的发展，都与机械的高速化、轻量化、精密化、自动化密切相关，而背后则是不断提高的社会需求和日益激烈的市场竞争。 2．机械动力学的网状结构及其内部关系
从纵向——研究内容看，广义的机械动力学已发展为包括动力学建模、动力学分析、动力学设计，以及状态监测和故障诊断等的内容丰富的综合学科，形成了一个纵横交错的网状结构。纵、横两个领域存在着互动的关系：纵向领域的各种方法、软件和技术都首先来自某个横向分支领域，而后又推广扩展到其它分支领域。应特别指出，航空航天器动力学(由于问题特殊性，本书未予介绍)当然是各横向分支中发展水平最高的一个分支，它的发展对机械动力学的各纵向分支领域有很突出的影响。多体动力学、有限元建模与分析(包括软件)、结构优化设计、振动监测与故障诊断等都是首先在飞机与航天器的力学分析和振动问题的研究中出现的。而后这些方法又都渗透到机床动力学、转子动力学及其它各横向分支领域中去。机械动力学依其研究对象的不同形成许多横向分支，体现出当代科技的高度分化。机械动力学纵横方向的网状结构，机械动力学与各相关学科的互相影响，则体现出当代科技的高度综合。
3、相关学科的发展极大地影响了机械动力学的发展 相关学科的进步对机械动力学的发展至关重要。力学(包括其中的振动理论)始终是机械动力学的最重要的基础学科。力学史上从牛顿、欧拉到拉格朗日，再到当代的多体动力学；从惠更斯、庞加莱到瑞雷，再到当代的随机振动理论和非线性振动理论；力学与振动理论的每一次大的进步都给机械动力学的发展以强大的推动力。从力学的碗中取一勺原汁，就能作一锅机械动力学的美味鲜汤。信号分析方法，尤其是快速傅里叶变换的出现成为现代振动测试、故障诊断技术的基础。计算机技术和现代数值方法对对力学、机械动力学的发展的影响。怎样估计都不过分，甚至可以说，没有计算机和现代数值方法，就没有当代的机械动力学。机构动力学、传动动力学和机器人动力学也分别是机构学、机械传动学和机器入学的有机组成部分。站在这个网状结构最高端的是横断科学，它们是辩证唯物论在当代科技领域的具体化，对各个学科都起着认识论和方法论方面的指导作用。与此同时，横断科学也是由具体的科学和工程领域升华而形成。
近年来，随着信息科学和非线性科学的发展，机械动力学的研究内涵更加深入，其特征是：在系统的建模阶段计入各种重要而又复杂的非线性因素、柔性因素、边界与结合部效应，应用非线性动力学分析与仿真技术研究系统的大范围动力学特性，基于对系统动力学的深刻理解和采用最新的优化方法实现系统的动力学设计，对系统实施各种主动控制乃至智能控制来获得所需的运动，在研究机电一体化的受控系统时考虑动力学和控制的相互耦合问题，采用各种最新的信息提取和分析方法诊断系统的故障等。
未来机械系统动力学发展的重点将会在以下方面四：柔性多体系统的力学响应与其他类型的物理场(如：电、热、磁和流体向量场)耦合求解、柔性多体系统控制与逆动力学设计、柔性多体系统动力学数值求解策略改进。
3、机械动力学在机械领域应用情况
21 世纪初, 发展以灵巧机械手、步行机器人、并联机床、可移动光学仪器平台、磁悬浮列车、汽车主动底盘等为代表的智能化机电产品将是我国机械工业的奋斗目标之一。这类机电产品具有材料新颖、结构轻巧、机动性强、智能化高等特点, 产生了材料非线性、几何非线性、控制中的非线性与时滞等复杂动力学问题。这些问题将是21 世纪初机械动力学领域的研究前沿。
机械故障诊断。机器在运行过程中的振动室诊断的重要信息，其位移和速度反映了机器的运行状态。众所周知，振动室动力学重要的内容之一，而非线性振动则是非线性动力学最重要的内容之一，为了研究动力学系统的故障机理，这里首先分析典型线性和非线性振动系统的响应。对可建模系统，以旋转机械为例介绍了建模方法，基于分岔理论的故障机理分析，可对某些疑难振动故障的机理、控制和预测提供指导。对不可建模系统，根据混沌动力学理论和实测振动数据，对系统进行相空间重构，依已计算表征能量分布的奇异谱的谱型可判断故障的根源。通过对大型旋转机械的故障诊断等工程实践表明，这里所建议的非线性动力学诊断原理是十分有效的，并且已经取得了显著的经济效益。
现代机械向高速、精密、轻型、重载和低噪声等方向发展，为了提高机械产品的动态性能、工作品质，必须重视机构与机械动力学研究。这段时间内集中在弹性机构动力学、机构动力平衡、含间隙机构动力学和机器人机构动力学等方面的研究。
4、常用的机械动力学软件有那些，简述其功能
一、ADAMS ADAMS即机械系统动力学自动分析，(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。在这里将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为蓝本进行介绍。
ADAMS软件模块
ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，如表3-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。
基本模块 用户界面模块 ADAMS/View
求解器模块 ADAMS/Solver
后处理模块 ADAMS/PostProceor
扩展模块 液压系统模块 ADAMS/Hydraulics
振动分析模块 ADAMS/Vibration
线性化分析模块 ADAMS/Linear
高速动画模块 ADAMS/Animation
试验设计与分析模块 ADAMS/Insight
耐久性分析模块 ADAMS/Durability
数字化装配回放模块 ADAMS/DMU Replay
接口模块 柔性分析模块 ADAMS/Flex
控制模块 ADAMS/Controls
图形接口模块 ADAMS/Exchange
CATIA专业接口模块 CAT/ADAMS
Pro/E接口模块 Mechanical/Pro
专业领域模块 轿车模块 ADAMS/Car
悬架设计软件包 Suspension Design
概念化悬架模块 CSM
驾驶员模块 ADAMS/Driver
动力传动系统模块 ADAMS/Driveline
轮胎模块 ADAMS/Tire
柔性环轮胎模块 FTire Module
柔性体生成器模块 ADAMS/FBG
经验动力学模型 EDM
发动机设计模块 ADAMS/Engine
配气机构模块 ADAMS/Engine Valvetrain
正时链模块 ADAMS/Engine Chain
附件驱动模块 Acceory Drive Module
铁路车辆模块 ADAMS/Rail
FORD汽车公司专用汽车模块 ADAMS/Pre(现改名为Chais)
工具箱 软件开发工具包 ADAMS/SDK
虚拟试验工具箱 Virtual Test Lab
虚拟试验模态分析工具箱 Virtual Experiment Modal Analysis
钢板弹簧工具箱 Leafspring Toolkit
飞机起落架工具箱 ADAMS/Landing Gear
履带/轮胎式车辆工具箱 Tracked/Wheeled Vehicle
齿轮传动工具箱 ADAMS/Gear Tool
二、RecurDyn RecurDyn (Recursive Dynamic)是由韩国FunctionBay公司开发出的新一代多体系统动力学仿真软件。它采用相对坐标系运动方程理论和完全递归算法，非常适合于求解大规模的多体系统动力学问题。
RecurDyn/Profeional包括前后处理器Modeler及求解器Solver。基于Profeional提供的各种建模元素，用户可以建立起系统级的机械虚拟数字化样机模型，并对其进行运动学、动力学、静平衡、特征值等全面的虚拟测试验证，通过判断仿真测试的数据、曲线、动画、轨迹等结果，据以进行系统功能改善实现创新设计。
RecurDyn支持Parasolid、IGES、STEP、ACIS、SHL等格式模型文件，亦提供2D/3D几何造型功能，同时支持参数化建模。RecurDyn提供20多种约束类型和10多类力的施加形式，在接触建模方面，通过21项接触定义方式方便用户具体操作并实现高效率的求解。对于大型复杂系统，可通过子系统层层实现全面考核。
RecurDyn提供多种积分器DDASSL/IMGALPHA/TRKALPHA/HYBRID，极大拓展了求解能力。RecurDyn的SMP(Shared Memory Parallel)加大了超大柔性体模型的求解速度。
RecurDyn模块
Linear 线型特征分析
CoLink 内置控制模块
R-FLEX 模态柔体-模态缩减法
F-FLEX 有限元柔体
Control&Hydraulic 控制、液压
AutoDesign 系统优化
Track(HM/LM) 履带
MTT(2D/3D) 媒介传输
Gear 齿轮
Chain 链条
Tire 轮胎工具包
Spring 弹簧工具包
Belt-pulley 皮带滑轮
RecurDyn for Engine 发动机设计
RecurDyn 应用领域
鉴于RecurDyn的强大求解功能，软件广泛应用航空、航天、军事车辆、军事装备、工程机械、电器设备、娱乐设备、汽车卡车、铁道、船舶机械及其它通用机械等行业。
发动机：气机构；曲柄连杆机构；流体润滑轴承；正时链；活塞；非线性弹簧；发动机缸体。
重型装备：业机械；常规发电设备；矿电器设备；冶金设备；石油化工及通用设备；推土机、挖掘机、压路机、吊车等工程机械；摩托车；火车；船舶。
机床工具：控车床；数控铣床；数控冲床；数控钻床；数控磨床；金切机床；锻压设备、配件；高档数控机床及重型机床；压力机；车削中心。
文化办公机械：相机及设备；胶版印刷设备；打印机、复印机、传真机等送纸设备；包装设备及银行ATM自动取款机和点钞机等传送系统。
军工：动力学；装填系统设计；附属机构动力学仿真；空降/空投仿真。
电器/电子设备：衣机的振动；高压/低压电器开关；电机/风扇动平衡；磁盘/光盘驱动机构；压缩机。
汽车：整车R&H；悬架K&C；传动系统动力学；转向机构接触；制动系统；齿轮变速器；离合器振动；车辆停车装置；车椅设计；变速器、分动器、差速器冲击仿真；其他附属设备的动力学仿真。
航空/航天：起落架落震/收放仿真；整机着陆/地面行走/制动；飞控系统可靠性；运动机构载荷；弹射座椅设计；螺旋桨振动等。
太阳能帆板伸展及锁定；分离、解锁机构；飞行器空间交会对接机构控制；机械手臂的控制一体化；航天着陆器机构；绳系卫星动力学。
RecurDyn的使用效果
最短时间内修正设计方案极大的缩短产品设计周期 RecurDyn主要特色 强大的接触模拟（包括三维的面-面接触） 领先的柔性体动力学分析 自动建模的专业化工具包 成本/性能上的新标准 与软件的接口：CAD- Parasolid 几何（Unigraphics，SolidWorks,SolideEdge），Pro/ENGINEER FEA-MSC/NASTRAN，ANSYS，I-DEAS其它-MATLAB/Simulink(controls)，ADAMS(机械系统仿真) RecurDyn的结构 RecurDyn/Solid ：CAD & 建模， 动画，后处理 RecurDyn/Solver：刚体 & 柔性体 RecurDyn/工具包：柔性体，线性分析，汽车，列车，HM- 履带车，LM-履带车，链条，滑轮，控制器，电子机械，水利学，2DMTT，3DMTT，绳索，等 行业应用：由于RecurDyn强大的求解能力，使得大规模、高复杂度、多碰撞等系统的建模求解成为可能，因而在军事车辆和武器设计上得到广泛应用和认同，尤其在履带式车辆动力学、车辆运动稳定性、过障能力、炮弹发射动力学、人机工程、生存能力等方面，已为韩国、日本军方解决了大量动力学设计问题。 电器设备 洗衣机振动分析； 高压/低压电器开关； 电机/风扇动平衡分析； 磁盘/光盘驱动机构； 压缩机动力学分析。 工程机械 履带/轮式车辆稳定性分析； 推土机、挖掘机、压路机等动力学行为预测； 零部件和发动机载荷预测与尺寸设计； 操控人员视野研究； 电机及其它驱动装置功率预测； 振动机冲击效应。传送机械 打印、复印、传真机传送效率； 打印、复印、传真机卡纸预测与改进； 包装机械运动学与动力学模拟；汽车是一个动力学行为非常复杂的机械系统，它基本可分为底盘、传动系、发动机、车体附件四个子系统，各子系统又包含多个小子系统如底盘包含车桥、悬挂、轮胎、制动器等；传动系包含变速箱、差速器、传动轴等；发动机包含曲柄连杆机构，配气机构，正时机构等；车体附件包含把车体，座椅，门锁，雨刷机构等，无论是它们单独子系统的动力学行为，还是整机的动态性能（平顺、操稳、制动、载荷预测、舒适性、疲劳、噪声），均可利用RecurDyn进行详细分析，帮助用户找到最佳设计方案。 另外，软件还广泛应用于铁道、娱乐设备、船舶机械、机器人及通用机械的运动学动力学分析和产品设计。
三、NASTRAN
NASTRAN是在1966年美国国家航空航天局(NASA)为了满足当时航空航天工业对结构分析的迫切需求主持开发大型应用有限元程序。
NASTRAN动力学分析功能
1 NASTRAN动力学分析简介
MSC.NASTRAN的主要动力学分析功能如：特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响 应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等。 2 正则模态分析
用于求解结构的自然频率和相应的振动模态,计算广义质量, 正则化模态节点位移,约束力和 正则化的单元力及应力, 并可同时考虑刚体模态。 具体包括:
a).线性模态分析又称实特征值分析。 实特征值缩减法包括: Lanczos法、增强逆迭代法、Givens法、改进 Givens法、Householder法、并可进行Givens和改进Givens法自动选择、带Sturm 序列检查的逆迭代法, 所有的特征值解法均适用于无约束模型。
b).考虑拉伸刚化效应的非线性特征模态分析, 或称预应力状态下的模态分析。 3 复特征值分析
复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型, 分析过程与实特征值分析 类似。 此外NASTRAN的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。 复特征值抽 取方法包括直接复特征值抽取和模态复特征值抽取两种:
a).直接复特征值分析
通过复特征值抽取可求得含有粘性阻尼和结构阻尼的结构自然频率和模态,给出正则化的 复特征矢量和节点的约束力, 及复单元内力和单元应力。主要算法包括elerminated法、Hoen-bery法、新Hoenbery、逆迭代法、复Lanczos法,适用于集中质量和分布质量、对称与反对称结构,并可利用DMAP工具检查与测试分析的相关性。
MSC.NASTRAN V70.5版中Lanczos算法在特征向量正交化速度上得到了进一步提高, 尤其是在求解百个以上的特征值时, 速度较以往提高了30%。
b).模态复特征值分析
此分析与直接复特征值分析有相同的功能。 本分析先忽略阻尼进行实特征值分析, 得到模态 向量。 然后采用广义模态坐标,求出广义质量矩阵和广义刚度矩阵, 再计算出广义阻尼矩阵, 形成 模态坐标下的结构控制方程, 求出复特征值。 模态复特征值分析得到输出类型与用直接复特征值 分析的得到输出类型相同。 4 瞬态响应分析(时间-历程分析)
瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应， 分为 直接瞬态响 应分析和模态瞬态响应分析。 两种方法均可考虑刚体位移作用。
(a).直接瞬态响应分析
该分析给出一个结构对随时间变化的载荷的响应。 结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。 该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分,直接瞬态响应分 析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。
(b).模态瞬态响应分析
在此分析中, 直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换, 对问题的规模进行 压缩。 再对压缩了的方程进行数值积分从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。 5 随机振动分析
该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。对于例如地震波,海洋波,飞 机或超过层建筑物的气压波动, 以及火箭和喷气发动机的噪音激励, 通常人们只能得到按概率分 布的函数, 如功率谱密度(PSD)函数, 激励的大小在任何时刻都不能明确给出, 在这种载荷作用下 结构的响应就需要用随机振动分析来计算结构的响应。MSC.NASTRAN中的PSD可输入自身或交叉谱密度, 分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关 函数及响应的RMS值等。 计算过程中, MSC.NASTRAN不仅可以象其它有限元分析那样利用已知谱, 而且还可自行生成用户所需的谱。 6 响应谱分析
响应谱分析(有时称为冲击谱分析)提供了一个有别于瞬态响应的分析功能,在分析中结构的激励用各个小的分量来表示, 结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。 7 频率响应分析
频率响应分析主要用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结果分实部和虚部两部分。实部代表响应的幅度, 虚部代表响应的相角。
(a).直接频率响应分析
直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程，得出各频率对于外载荷的响应。 该类分析 在频域中主要求解二类问题。第一类问题是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的 响应。结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼，分析得到复位移、速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。这些量可以进行正则化以获得传递函数。
第二类问题是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。此载荷由它的互功率谱密度所定义。而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征。 分析得出位移、加速度、约束力或单元应力的自相关系数。该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。
(b) 模态频率响应
模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的二类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。结构矩阵用忽咯阻尼的实特征值分析进行了压缩，然后用模态坐标建立广义刚度和质量 矩阵。该分析的输出类型与直接频率响应分析得到的输出类型相同。
MSC.NASTRAN V70.5版中增加了模态扩张法(残余矢量法)来估算高阶模态的作用，以确保参加计算的频率数足以使模态法的响应分析的计算精度显著提高。同时在V70.5版中还采用了新的矩阵乘法运算方法，使模态法的频率响应分析计算速度比以往提高50%。 8 声学分析
MSC.NASTRAN中提供了完全的流体-结构耦合分析功能。这一理论主要应用在声学及噪音控制领域, 例如车辆或飞机客舱的内噪音的预测分析。进一步内容见后"流-固耦合分析"一节中的相关部分。
四、SIMPACK SIMPACK软件是德国INTEC Gmbh公司(于2009年正式更名为SIMPACK AG)开发的针对机械/机电系统运动学/动力学仿真分析的多体动力学分析软件包。它以多体系统计算动力学（Computational Dynamics of Multibody Systems）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件。SIMPACK软件的主要应用领域包括：汽车工业、铁路、航空/航天、国防工业、船舶、通用机械、发动机、生物运动与仿生等。
SIMPACK软件的基本模块：
运动学和动力学基本模块（Kinematics&Dynamics）
轮轨模块（Whell/Rail）
汽车模块（Automotive）
F1专用模块 （Formula One）
发动机模块（Engine）
风机模块（Wind Turbine）
柔性体处理模块（FEMBS）
CAD接口模块
控制系统模块（Control以及与MATLAB的双向接口）
接触及弹性体接触模块（Contact 和 FlexContact）
代码输出
用户自定义模块（User Routine）
轮胎模块
梁模块（Beam）
应力输出及疲劳接口（Loads）
优化模块(Optimization) SIMPACK最新版本为SIMPACK AG2010年2月25日发布的SIMPACK8903b，新版本中增加了近10个新的功能，涉及到弹性体的分析、力单元、风机叶片、后处理、求解器以及铁路等模块。GET集团通过与国内多位动力学专家的共同努力，完成了其帮助文件的汉化工作，这一成果将随simpack软件的一并售出，对国内动力学发展起到重要的促进作用
五、SAMCEF 有限元分析
SAMTECH的通用分析软件模块套件集成了先进的仿真技术，在工程分析领域可提供众多好处。此外，这种套件不仅能使用户提升产品性能和产品设计的可制造性，而且还使得产品面市更为快速。借助这些通用分析工具，SAMTECH能够满足大中型行业的客户需求。即通过在设计过程中极早主张开放性使用先进的分析技术,从而大大减少了昂贵的“仿真-测试”循环的次数。帮助企业有效降低成本并提高效率.
SAMCEF for Composites：用于复合材料结构线性和非线性分析的解决方案，例如夹芯材料（蜂窝复合材料、泡沫塑料等）、叠层结构板、纤维缠绕压力容器等，包括各种光纤系统的分层与累积损伤模型
SAMCEF Mecano ：功能强大的用于结构与机构非线性分析的通用软件：
- MECANO Structure：非线性结构分析，包括完善的非线性材料模型库，同时集成先进的用 于摩擦或无摩擦刚体/刚体、刚体/柔体以及柔体/柔体的接触算法
SAMCEF Dynam：模态动力学分析，包括超元法（包括超单元法）
- SAMCEF Stabi：预测临界纵向弯曲载荷和相关模式（临界屈曲载荷和相关模态）
- SAMCEF Repdyn：动力学的瞬态、谐波与地震响应
SAMCEF Thermal：用于非线性稳态和瞬态热分析的通用软件，允许耦合传导、对流和辐射效应的仿真。使用与SAMCEF Mecano一样的软件基础设施，SAMCEF Thermal 也可与MATLAB Simulink相接合,并且事实上也支持热控应用。
SAMCEF Amaryllis：用于烧蚀和热裂现象非线性分析的通用软件，例如有关飞行器再入大气层的物理学问题。
SAMCEF Spectral：基于功率谱密度的随机振动和疲劳分析的通用软件。典型的应用包括基础载荷的响应（包含地震）、发动机噪声载荷引起的声振响应和风致振动响应。
EUROPLEXUS：通用的有限元软件，适合流体-结构系统在瞬间载荷作用下的非线性显式分析。例如爆炸、碰撞和冲击。
Vibroacoustics ：振动噪声
SAMCEF for Multiharmonics：用于旋转结构（易承受3D载荷）的线性和非线性分析解决方案。
SAMCEF for Fracture Mechanics：用于线性弹性、非线性弹性和弹塑性2D和3D断裂力学结构分析的解决方案
专业解决方案
SAMTECH提供了大量经过业界证明的专业解决方案，这些方案基于来自许多不同行业部门的特定技术和寻址典型应用。SAMTECH专业解决方案开发自SAMTECH所属的通用软件工具。
SAMCEF For Rotors：创新性的专业解决方案，专用于旋转机械的动力学和稳态分析，包括临界转速计算、不平衡瞬态与谐波响应分析。
SAMCEF For Wind Turbines：创新性的专业解决方案，专注于机电风力涡轮系统的建模、分析和仿真，同时还结合了结构、机构和控制器模型。
CAESAM : 结构设计数据管理和流程自动化平台: 有效帮助企业缩短产品周期,实现全局统筹管理,大力提高工作效率,从而快速提高企业竞争力.
SAMCEF For Machine Tools：创新性的专业解决方案，专注于机床设计，同时结合了结构、机构和控制器组件分析。
SAMCEF For Robots：创新性的专业解决方案，专注于机器人技术应用，同时结合了结构、机构和控制器组件分析。
SAMCEF For Transmiions：创新性的专业解决方案，专注于传动系统和动力驱动系统（例如传动箱、直线电机及滚珠丝杠等）的建模和仿真。
SAMCEF For Deployable Structures：创新性的专业解决方案，专注于可展开结构设计和分析，例如太阳电池板、大型天线等。
六、大型专业转子动力学分析软件MADYN 1．MADYN 软件的主要应用领域：
MADYN适用于各种旋转机械，例如微型气动涡轮、发电厂站的大型涡轮发电机、蒸汽轮机、燃气轮机、水轮机、压缩机、膨胀机、泵、增压器、液力变矩器、风机、喷气发动机、离心分离机械，微型计算机硬盘里的电机和主轴、雷达伺服系统、同步电机的动力传动系统，以及铀浓缩车间的齿轮箱等。包括Siemens、BP、Alstom、ABB等众多旋转机械制造商和用户利用这些模块进行设计、性能预测、失效分析和诊断维修。
在中国，ABB公司采用了MADYN来设计并计算三峡水轮发电机组轴系稳定性、临界转速及动态响应计算，为三峡工程的顺利竣工提供了技术帮助。在风机行业，陕鼓“应用国际最先进的MADYN程序对轴承的动静态性能、转子不平衡响应及转子扭曲振动进行详细计算，提高了准确和可靠性” 。 2．MADYN 软件的特色
基于长期的理论研究和实践验证
面向工程实际的模型库 有效处理液膜轴承
颇具特色的磁性轴承
强大的求解能力
丰富的后处理
好学易用的用户界面
一个模型多个分析 3．MADYN 软件的功能
功能齐全的建模模块
MADYN内置了独特而强大的建模模块，以处理各种复杂的转子包括各类轴承、液膜转子、悬挂有弹性部件的轴以及各种轴承支撑。通用有限元程序获取力－位移传递函数后，一般的外壳结构也可以做为轴承支撑。模型库主要包括以下几类：
1.轴
2.轴对称子单元 3.弹性联轴器 4.齿轮 5.通用轴承 6.径向液膜轴承 7.浮环轴承 8.磁性轴承 9.通用弹簧
10.通用动态轴承支座 11.流体
此外，对于特殊模型，提供特殊了的建模方法：
1.复合轴，比如发电机线圈 2.温度相关的材料
3.应力计算时考虑切口系数的单元 4.轴向偏置的弹性支座
5.通过接口由文本文件导入转子数据
强大的求解能力 软件基于有限元方法，采用了Timoshenko梁理论，并利用了4阶Hermit单元来模拟转子系统的的弹性、惯性和陀螺效应。软件可求解阻尼和非阻尼状态下的临界转速、模态、稳定性、不平衡响应和瞬态响应。
1、静力学分析
重力 齿轮载荷 静态力 静态力组合
2、特征值分析
3、频响分析 不平衡反应 谐和力相应 谐波激励
4、瞬态分析
瞬态力相应分析 瞬态基础加速度相应 瞬态载荷组合
5、参数变量分析
临界速度图 Camphell 图 刚度和阻尼变化图 FCP 抗扭刚度变化图
丰富的后处理 MADYN 提供详细而丰富的后处理：
1.绘图详细且具有针对性，包括完整的信息并提供可选的复杂信息说明 2.模型分层显示：轴承、轴、联接、齿轮、系统 3.力、力矩、应力、变形结果的显示（沿轴向结果） 4.时间相关变形的详细说明
5.共振曲线（可选择方向,主轴轨道,相对振动） 6.特征值的分析的图表 7.参数分析的图表 8.瞬态相应曲线
功能齐全的液膜轴承模块
内置了由德国内燃机协会赞助研发的软件包ALP3T，可准确计算层流和紊流情况下的各种液膜系数。
可分析3种情况下的液膜轴承载荷： 1.流速稳定、力可变 2.流速可变、力稳定 3.流速可变、力可变
提供三种分析方法来计算静平衡状态下的液膜系数： 1.绝热分析：液膜温度固定。 2.非绝热分析：热量有损失。
Sensor3.DIN表查值：根据DIN建立表格，查出流体系数。。
特色的磁性轴承模块
可在任意位置通过定义各方向的传感器和激励器来定义磁性轴承。磁性轴承包括三种控制器：
1.模拟信号 2.数字信号 3.等效模拟信号
采用了MATLAB控制系统工具箱和信号处理工具箱，保证了MADYN求解效率和准确性。
友好的操作界面
1.由高级数学编程语言MATLAB编写而成。 2.快速帮助提示 3.鼠标自动跳转功能 4.操作简单快捷 5.快速模型显示
