Dynamic Designer - модуль для динамического и кинематического анализа составных механических систем (механизмов), интегрированный в среду трехмерного параметрического построителя, с которым устанавливается прямой интерфейс. В качестве CAD-систем могут выступать Autodesk Mechanical Desktop, Solid Works и Solid Edge. Это средство позволяет оптимизировать конструкцию быстрее и экономичнее - прямо на рабочем месте, без изготовления опытных образцов. Формирование динамической модели производиться в среде CAD-системы, а потому нет необходимости изучать новый интерфейс или использовать для исследования динамики другие программные пакеты. Большинству пользователей бывает достаточно двух часов, чтобы увидеть свою конструкцию в движении.

Постпроцессор программы позволяет получить в разных формах исчерпывающую информацию о характере движения конструкции и силовых факторах, возникающих в ее элементах (графическое представление перемещений, скоростей и ускорений любой точки в виде трезмерных векторов, диаграмма отдельного элемента с внешними предписанными силами и рассчитанными силами реакций, двумерные графики для любого из рассчитанных кинематических и силовых факторов, анимация движения сборки, при этом на одном экране можно совмещать анимацию и двумерную графическую информацию для улучшения восприятия результатов). Также можно получить траекторию любой точки относительно любого компонента модели (это необходимо, например, при проектировании профиля кулочка). Дополнительно автоматически определяется интерференция (взаимопроникновение) между отдельными компонентами сборки - для внесения, если это понадобиться, корректировок в конструкцию.

Программа поставляется в трех вариантах (перечислены в порядке возрастания возможностей) - Simply Motion (SM), Dynamic Designer Motion Lite (DDML) и Dynamic Designer Motion (DDM).

Моделирование динамики механизмов включает три этапа:

• Построение динамической модели. На этом этапе шарниры и связи геометрической модели автоматически преобразуется в шарнирные соединения динамической модели с возможностью последующей корректировки со стороны пользователя. Пользователь также моделирует внешнее воздействие на элементы конструкции в виде сил, моментов и кинематических зависимостей (предписанное движение отдельных частей и шарниров).

• Моделирование движения компонентов сборки. На втором этапе формируется система уравнений, описывающая движение модели, которая решается вычислительным модулем Dynamic Designer. Модуль рассчитывает перемещения, скорости, ускорения каждого компонента сборки, силы реакций и моменты в каждом шарниром соединении.

• Визуализация расчетов.

На этом этапе пользователь может получить в разных формах исчерпывающую информацию о характере движения конструкции и силовых факторах, возникающих в ее элементах.

Динамическая модель строиться из пяти компонент:

1. Геометрические компоненты.

2. Массово-инерционные характеристики.

3. Шарнирные соединения.

4. Силы

5. Генераторы движения.

Массово-инерционные свойства включают массы, центры масс и моменты инерции каждой компоненты.

Шарниры соединяют отдельные части между собой и определяют тип относительного движения соединяемых частей.

Силы используются для моделирования внешнего силового воздействия. DDM поддерживает пружины, демпферы и обычные силы и моменты.

Генераторы движения задают предписанное движение элементам сборки.

Арсенал средств всех вариантов поставки программы включает 7 основных шарниров (Spherical Joint - сферический, Cylindrical Joint - цилиндрический, Planar Joint - скольжения (плоскость-плоскость), Translational Joint - поступательный, Universal Joint - универсальный, Fixed Joint - жесткая заделка) и три примитива (Parallel Axis Joint Primitive - параллельные оси, Inline Joint Primitive - точка на линии, InplaneJoint Primitive - точка в плоскости). В качестве дополнительных связей могут выступать пружины (линейные - растяжение-сжатие и торсионные - скручивающие момент).

В дополнение к возможностям SM вариант DDML имеет блок графического представления результатов расчета. Функциональность DDM по сравнению с SM и DDML существенно расширина. Этот вариант поддерживает 3 дополнительных шарнира (Rack and Pinion Joint - рейка и шестерня, Screw Joint - винтовой, Constant Velocity Joint - постоянная скорость), элемент Joint Couplers - шарнирная пара, линейный и торсионный демпферы, а также имеет следующие дополнительные возможности:

• Учет трения в 6 основных шарнирах.

• Моделирование контактного взаимодействия по типу точка-кривая, кривая-кривая с непрерывным и дискретным контактом (кулачковый механизм, пара шестерня-зубчатая рейка).

• Прямое использование ADAMS - функций для задания предписанных усилий, движений и моделирования пружин и демпферов.

• Моделирование ударных (impact) нагрузок, возникающих при столкновении элементов сборки. Если два элемента сближаются на определенную дистанцию, то начинают действовать ударные силы (силы столкновения), определенные параметрами взаимодействия, которые приаменяются для обеих взаимодействующих частей.

• Рассматривается вариант специального вида ударных нагрузок - Pin/Slot Force (палец/паз).

• Моделирование внешних нагрузок (силы и моменты), как активных, так и активно-реактивных. Последние возникают при взаимодействии элементов конструкции между собой.

• Генерация предписанного движения двух типов - Motion on Parts (Движение для элемента) и Motion on Curve (Движение по кривой). В первом случае движение задается для точки, принадлежащей элементу конструкции (любое сочитание движений, соответствующих степеням свободы). Во втором случае - задается движение для точки, принадлежащей одному элементу, по плоской кривой, являющейся частью контура или полным контуром другого элемента конструкции (систему координат, определяющую положение и ориентацию движущегося элемента, можно менять в процессе движения).

Все 3 варианта программы имеют сходный интерфейс, рассчитанный на создание пользователю удобных условий работы. Для построения модели задачи имеется очень удобное средство - IntelliMotion Builder (Интеллектуальный построитель), который представляет собой набор из 10 вкладок - диалоговых окон, расположенных в порядке, определенном алгоритмом построения динамической модели и сбоственно моделирования.

Материалы

DDM поддерживает базу данных по материалам и операции ее пополнения и редактировнаия. Помимо базовых свойств материалов (плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона) в базе данных храниться информация, необходимая для моделирования ударных сил, прерывистого контактного взаимодействия, трения в шарнирах, а также сил, возникающих в паре палец/паз (pin/slot). Эти свойства зависят от материалов взаимодействующих элементов сборки и определяются для каждой пары материалов.

Внешние силы, внешние моменты и генераторы движения.

Силы, моменты и генераторы движения позволяют учитывать внешнее воздействие при моделировании динамики сборки. Генераторы характеризуются тем, что с их помощью задается предписанное движение. Существует три способа моделирования сил и моментов: пружины, демпферы и общие силы и моменты. Генераторы движения делятся на несколько типов - поступательные, вращательные и 2 более сложных варанта, доступных только в DDM.

Воздействие сил, моментов и генераторов движения задается в виде функциональных зависимостей от времени. Когда происходит добавление силовых факторов и генераторов движения, появляется диалоговое окно, где задается функция, описывающая внешнее воздействие.

Программа имеет мощный вычислительный модуль, который позволяет бычтро и точно производить расчеты и визуализацию результатов (анимация и графика) для сборок с большим количеством компонентов.

Если пользователю кроме определения динамических характеристик сборки, также необходимо оценить конструкцию с точки зрения прочности, в технологическую цепочку необходимо добавить модуль конечно-элементного анализа, который интегрируется в графическую среду. Для Solid Edge - это программа Cosmos/DesignSTAR, для Solid Works - Cosmos/Works. Причем между CAD-системой и коечно-элементным пакетом также устанавливается прямой интерфейс, а информация, полученная на этапе динамического моделирования, напрямую используется модулем конечно-элементного анализа. Таким образом, технологическая цепочка замыкается, а процесс проектирования приобретает качественно новый уровень.