面向机械系统动力学建模的模型描述语言研究

摘要

随着产品复杂程度的增加以及国内外市场竞争的加剧，基于虚拟样机的设计技术应运而生。虚拟样机技术是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法，能有效地降低产品开发成本，改进产品设计质量，提高企业竞争力。本文在国家八六三计划（2004AA411010）与国家科技攻关计划（2004BA201A85）的资助下，开发多体动力学仿真分析平台——InteDyna，深入研究了模型描述语言和基于模型描述语言的机械系统动力学建模的技术与理论，并在InteDyna系统中实现了相应的功能，为复杂机械产品的建模分析提供方便。 本文首先从系统建模功能出发，从模型易于建立和管理的角度，提出了基于模型描述语言的机械系统动力学建模的系统框架，研究了相应模块的功能及其运作流程，并讨论了程序设计语言编译工具的设计技术。 其次，本文总结了模型描述语言的特征及其语法规范，并采用正则文法和EBNF范式对其进行形式化描述。此外，本文还研究了现代编译器设计的辅助工具，在分析对比多种分析器自动生成工具的基础上，采用ANTLR作为模型描述语言分析器的设计工具。 再次，本文对基于模型描述语言进行机械系统建模的相关技术和方法进行讨论。对模型描述语言的基础对象加以分类，对于复杂机械系统的建模采取自顶向下划分子模块的方式，并给出采用模型描述语言进行汽车动力学建模的实际例子。 最后，将支持模型描述语言建模的功能模块分成前端和后端两个部分，在前端实现了语言的词法分析和语法分析，生成了抽象语法树，后端则基于抽象语法树完成了动力学模型的创建。 在以上研究的基础上，采用VC++7.0开发工具，实现了基于模型描述语言的机械系统动力学建模功能，并给出了汽车整车建模的应用实例，验证了这些研究和方法是可行和有效的。