Simpack培训课程大纲
培训对象
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从事机械系统动力学分析的机械设计工程师、仿真分析人员
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汽车、铁路、航空航天、风电、通用机械等行业的研发技术人员
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需要进行多体动力学建模、刚柔耦合分析、振动分析的CAE工程师
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涉及传动系统、发动机、悬挂系统等复杂机械系统设计的专业人员
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高校机械工程、车辆工程、力学等专业的教师和学生
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希望系统掌握Simpack多体动力学仿真技术的初学者和进阶用户
培训目标
通过本课程的系统学习，使学员全面掌握Simpack多体动力学仿真的核心理论与工程应用方法。学员将能够理解多体系统动力学的基本原理，熟练使用Simpack进行机械/机电系统的运动学与动力学仿真分析，掌握从几何建模、铰接定义、力元设置、求解控制到结果后处理的完整流程。具备独立完成刚体系统建模、刚柔耦合分析、频域与时域分析、专业模块应用（铁路、汽车、风机、传动系）的综合能力，能够运用虚拟样机技术解决实际工程问题。
培训内容
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Simpack软件概述与多体动力学基础
介绍Simpack软件的发展历程、核心优势及其在多体动力学仿真领域的市场地位。讲解多体系统动力学的基本理论：多体系统建模方法、绝对坐标与相对坐标建模的区别、系统自由度和方程规模的计算。学习Simpack的模块体系：运动学和动力学基本模块（Kinematics&Dynamics）、轮轨模块（Wheel/Rail）、汽车模块（Automotive）、风机模块（Wind Turbine）、发动机模块（Engine）、柔性体处理模块（FEMBS）、控制系统模块（Control）、接触模块（Contact）、代码输出模块等。通过简单案例（如单摆、双摆）演示从建模到后处理的完整仿真流程。
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Simpack软件界面与基本操作
系统学习Simpack的用户界面布局：菜单结构、数据库树、图形窗口、参数窗口。掌握Simpack文件系统的操作和数据库系统的组织方法。学习建模的基本流程：创建模型、定义体（Body）、设置铰接（Joint）、添加力元（Force）、定义测量传感器（Sensor）、运行求解、后处理分析。掌握模型参数化方法，实现高效的设计修改与方案对比。学习子结构（Substructuring）概念，理解如何通过模块化建模简化复杂系统。
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几何建模与体（Body）的定义
学习在Simpack中定义体的方法：刚体（Rigid Body）的定义、质量与惯性参数的设置。掌握几何（Geometry）的创建与导入：基本几何体建模、从CAD软件导入几何模型。学习坐标系统和标记点（Marker）的定义方法。通过曲柄滑块机构等案例，演练从几何创建到体定义的完整流程。
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铰接（Joint）与约束（Constraint）的定义
深入讲解Simpack中各类铰接的类型与设置方法。学习基本铰接：旋转铰、移动铰、圆柱铰、球铰、万向铰、平面铰的物理意义与自由度约束。掌握复合铰接与约束的定义：齿轮约束、耦合约束等。学习铁路专用铰接的特点与应用。通过多连杆机构案例演示完整约束系统的构建。
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力元（Force）的定义与应用
系统学习Simpack中各类力元的类型与设置方法。学习基本力元：弹簧-阻尼器、衬套力（Bushing）、力场（Force Field）的数学模型与参数设置。掌握接触力的定义：实体接触、柔性体接触的参数设置与摩擦模型。学习时域激励函数的定义方法：阶跃函数、正弦函数、实测数据导入。通过1/4车模型等案例，演练力元的综合应用。
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测量与传感器的定义
学习在模型中定义测量的方法：点测量、铰接测量、力元测量、表达式测量。掌握测量结果的实时显示与数据记录技巧。学习传感器的定义与应用：通过传感器监测关键参数，触发仿真事件。掌握后处理中的信号处理功能：滤波、FFT变换、频响分析。
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求解器设置与仿真控制
系统学习Simpack求解器的设置与使用。掌握求解器类型：线上（Online）时域求解、特征值求解、频域求解。学习仿真参数设置：仿真时长、步长、积分器选择、误差控制。掌握线性化分析流程：模态分析、频响函数计算。针对刚性问题，掌握求解器调试技巧。通过频响分析案例演示线性化分析流程。
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后处理与结果分析
深入讲解Simpack后处理模块的使用方法。掌握仿真动画的控制与输出：动画录制、轨迹跟踪、矢量显示。学习曲线绘制与处理：多曲线叠加、数学运算、FFT变换、2D/3D坎贝尔图绘制。掌握模态能量图、模态振型动画的生成方法。学习生成专业仿真报告的方法，包括图表导出、动画嵌入。
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子结构建模与参数化技术
讲解子结构（Substructuring）的概念与价值：通过模块化建模简化复杂系统，实现模型复用。学习子结构的创建与管理方法。掌握模型参数化技术：定义设计变量（几何尺寸、刚度参数、角度参数），实现参数扫描与设计研究。通过多摆模型等案例，演练子结构建模与参数化分析的完整流程。
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刚柔耦合分析（FEMBS模块）
讲解柔性体动力学的基本理论：模态综合法、模态中性文件的结构与生成方法。学习从有限元软件（Abaqus、Ansys、Nastran）生成柔性体文件的流程与注意事项。掌握在Simpack中导入柔性体的方法，定义适当的接口连接（Interface Connections）。学习模态选择原则：模态截断、模态阻尼设置。通过刚弹耦合模型案例，演示柔性体在Simpack中的应用流程。
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控制系统与联合仿真
讲解Simpack与控制系统的联合仿真技术。学习Simpack与MATLAB/Simulink的双向接口配置方法。掌握控制模块（Control）中各类控制元素的定义：PID控制器、传递函数、状态空间模型。通过主动悬架、机电一体化系统等案例，演示控制联合仿真的完整流程。
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汽车模块（Automotive）专题
系统学习Simpack汽车模块的功能与应用。掌握车辆坐标系定义、车辆专用铰接、差速器元素、万向节元素。学习车辆基本轮胎力模型与高级轮胎力元（Ftire、CDtire）。掌握路面建模方法：平整路面、不平路面、3D路面。通过乘用车/商用车数据库调用，学习整车建模与分析流程：悬挂系统运动学分析、操纵稳定性仿真、平顺性分析。
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铁路模块（Wheel/Rail）专题
深入讲解Simpack铁路模块的核心功能。学习铁路专用铰接、轮对默认设置、标准线路模型的定义。掌握轮轨接触参数设置：接触几何、摩擦系数、蠕滑模型。学习线路不平顺的建立方法：实测谱输入、标准谱生成。通过轮对模型、转向架子结构、整车模型的逐步构建，掌握车辆系统动力学分析方法：线性临界速度分析、非线性临界速度分析、乘坐舒适性分析、曲线通过分析。学习VTL模块的使用，实现临界速度的快速计算。
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风机模块（Wind Turbine）专题
系统学习Simpack风机模块的应用。掌握叶片建模方法：叶片几何定义、气动载荷施加。深入讲解齿轮箱建模细节：齿轮建模（平行轴齿轮、行星齿轮）、轴承与花键建模、齿轮啮合阻尼计算。学习整机建模流程：塔筒、机舱、传动链、叶轮的完整装配。掌握频域分析功能：动平衡分析、模态分析、模态能量图绘制、坎贝尔图绘制。学习时域分析功能：3D坎贝尔图绘制、共振点甄别（2D FFT图）。了解与Bladed软件的参数对比与修正方法。
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传动系统（Drivetrain）专题
讲解传动系统建模的专项技术。学习轴铰接的定义方法、衬套和轴承的建模（滚动轴承、滑动轴承）。掌握齿轮副的建模：平行轴齿轮、行星齿轮的详细设置。学习弹性力矩转换器的应用。通过传动系建模指南，掌握从单级齿轮箱到复杂行星轮系的完整建模流程。学习线性共振分析、阶次分析、工作变形分析在传动系统动力学中的应用。
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综合项目实战：典型机械系统动力学分析
给定典型工程应用场景（如高速列车转向架动力学分析、风电齿轮箱传动系统仿真、汽车悬架K&C分析、工业机器人刚柔耦合仿真），学员综合运用所学知识完成从几何建模、铰接与力元定义、柔性体导入、求解计算、结果分析到参数优化的完整虚拟样机分析流程。项目要求包含多体动力学建模、线性/非线性分析、后处理与结果解读等环节。最终进行项目展示与讨论，总结仿真过程中的关键决策和问题解决经验，实现从理论到工程实践的全面提升。
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