基于Havok的鐵路救援起重機(jī)物理行為仿真研究及應(yīng)用.pdf

1、我國擁有世界第二的鐵路通行總里程，鐵路沿線地形環(huán)境復(fù)雜多樣，鐵路突發(fā)安全事故屢有發(fā)生，鐵路突發(fā)事故的搶險(xiǎn)救援工作對(duì)挽救人民生命財(cái)產(chǎn)，確保線路盡快恢復(fù)通行起著極為重要的作用。鐵路救援起重機(jī)由于其功能強(qiáng)大、救援效率高的特點(diǎn)，在鐵路搶險(xiǎn)救援體系中處于核心地位，各大鐵路局也都把救援起重機(jī)駕駛員培訓(xùn)列為工作重點(diǎn)之一。但由于傳統(tǒng)的鐵路救援起重機(jī)駕駛培訓(xùn)方法存在代價(jià)高昂、功能有限等缺陷，各鐵路局已逐漸開始采用鐵路救援起重機(jī)模擬駕駛系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)駕駛?cè)藛T

2、進(jìn)行全方位的虛擬操作培訓(xùn)。
　　 本文列舉了現(xiàn)有救援起重機(jī)模擬駕駛培訓(xùn)系統(tǒng)所存在的諸多不足，例如起重機(jī)動(dòng)作行為不夠真實(shí)、行為腳本的編寫工作冗繁易錯(cuò)且仿真范圍有限等。之后，分析了國內(nèi)外針對(duì)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行物理行為動(dòng)力學(xué)仿真的具體案例與相關(guān)理論知識(shí)，基于Havok物理引擎仿真原理，搭建了鐵路救援起重機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)并開發(fā)出一套完整的物理行為仿真模塊。該仿真模塊融合了物理引擎對(duì)于動(dòng)作行為仿真高效、精確的優(yōu)點(diǎn)，并面向承載較大負(fù)荷運(yùn)作的復(fù)雜

3、機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行了針對(duì)性的仿真性能優(yōu)化。最后將仿真模塊嵌入鐵路救援起重機(jī)模擬器系統(tǒng)，對(duì)其實(shí)際使用性能進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 本文研究的主要工作內(nèi)容與研究成果如下:
　　 1、對(duì)物理引擎所涉及的關(guān)鍵理論與技術(shù)做了詳盡的分析研究工作，同時(shí)分析了鐵路救援起重機(jī)的基本物理結(jié)構(gòu)及工作原理，尤其是各個(gè)關(guān)鍵部件聯(lián)接部分的物理約束機(jī)制。摒棄了傳統(tǒng)的物理行為仿真方法，提出基于更加高效和穩(wěn)定的物理引擎技術(shù)進(jìn)行起重機(jī)各項(xiàng)物理行為仿真工作的方案。

4、　　 2、采用了多剛體系統(tǒng)建模與基于Kane方程吊索建模的混合方法，在Havok建模環(huán)境下搭建起重機(jī)仿真模型，能夠模擬出救援起重機(jī)在正常工作和異常事故情況下的物理行為，同時(shí)也增加了模型的穩(wěn)定性。根據(jù)起重機(jī)自身機(jī)構(gòu)與受力特性，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了可斷裂約束，進(jìn)一步提高了模型動(dòng)作行為的真實(shí)程度。
　　 3、基于Havok物理引擎仿真原理，設(shè)計(jì)出鐵路救援起重機(jī)物理行為仿真模塊的基本流程框架，并使用仿真區(qū)域劃分和碰撞公差技術(shù)對(duì)仿真模塊的運(yùn)算性