多体仿真中的实体绳索建模

该实体绳索在Simpack软件中通过Simbeam功能创建，支持非线性，支持绳索实体之间的自接触，而且建模操作方便。

当前绳索建模的主要方式

多体动力学软件中建立绳索这种大变形部件通常是比较麻烦的，因为为了能模拟这些部件的大变形特性需要把这些部件进行离散化，使用足够多数量的离散体（通常为刚体）连接起来建立这个大变形的部件。当前绳索建模有以下几种常见方式：

（1）用户脚本编程实现

把一段绳索分为若干等份，分的份数越多，建模精度越精确，同时计算速度就会越慢，所以工程师需要根据仿真目的判断需要使用多少个离散体组成。比如，把一段1m长的绳索可以分成100等份，每个离散体的长度是10mm。建模顺序是，先在多体软件中建立一个10mm的圆柱刚体（考虑绳索为圆柱形），然后复制99次，每次复制时需要把复制生成的部件移动 n x 10mm距离（n表示复制次数）。完成后，再使用Bushing（需要使用99个）把这些圆柱刚体依次连接起来，形成一个完整的绳索。如果该绳索与其它部件（例如滑轮）进行接触仿真，还需要依次为这100个圆柱体与滑轮之间建立contact接触关系（根据实际情况也有可能部分接触，这样只需要建立几十个接触）。

由于上述操作工作量大、繁琐且容易出错，工程师通常是采用软件自带语言通过编程方式自动实现。

这种方式操作麻烦，对用户要求高，且对绳索的初始形状有一定要求。其优点是不需要其他专用模块，使用多体动力学软件的基本模块就能实现。

这种方式是最传统的绳索建模方式，包含了绳索多体建模的基本思想。

（2）使用绳索专业模块

随着多体仿真软件的发展，近些年有些软件推出了绳索专业模块，使用专业模块能大大提高建模效率。有两种建模方式：

一种是简化的绳索建模，通过力的形式模拟绳索，由于这种方法没有建立绳索几何体，不考虑绳索本身的质量，其主要用于模拟绳索传动作用（例如滑轮运动），其优点是仿真速度快；

第二种方法是离散化绳索建模，绳索模型中包含一些离散几何体（例如小球体），可以考虑绳索质量，以及本身晃动对系统的影响，但是其也无法建立完全真实几何体的绳索模型。

建立真实实体绳索模型方法

可以使用Simpack软件的Simbeam功能建立具有真实几何体的绳索模型。Simbeam是Simpack软件中用于建立离散梁柔性体的专用模块。通过Simbeam可以完全参数化建立梁单元柔性体，不需要其它第三方有限元软件，支持Euler-Bernoulli和Timoshenko两种类型，支持非线性离散梁（大变形）。其建模步骤为：

• 定义材料
  

• 定义截面形状，支持圆形、矩形、椭圆形等
  

• 设置节点建立梁单元

• 建立仿真模型

使用Simbeam还能建立变截面的柔性梁，通过在不同的节点位置设置不同的截面以及方向，可以建立复杂的柔性梁模型。