基于Havok的鐵路救援起重機物理行為仿真研究及應用.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)事故的搶險救援工作對挽救人民生命財產，確保線路盡快恢復通行起著極為重要的作用。鐵路救援起重機由于其功能強大、救援效率高的特點，在鐵路搶險救援體系中處于核心地位，各大鐵路局也都把救援起重機駕駛員培訓列為工作重點之一。但由于傳統(tǒng)的鐵路救援起重機駕駛培訓方法存在代價高昂、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模擬駕駛系統(tǒng)對起重機駕駛人員

2、進行全方位的虛擬操作培訓。
　　 本文列舉了現有救援起重機模擬駕駛培訓系統(tǒng)所存在的諸多不足，例如起重機動作行為不夠真實、行為腳本的編寫工作冗繁易錯且仿真范圍有限等。之后，分析了國內外針對機械系統(tǒng)進行物理行為動力學仿真的具體案例與相關理論知識，基于Havok物理引擎仿真原理，搭建了鐵路救援起重機動力學模型，設計并開發(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于動作行為仿真高效、精確的優(yōu)點，并面向承載較大負荷運作的復雜

3、機械系統(tǒng)進行了針對性的仿真性能優(yōu)化。最后將仿真模塊嵌入鐵路救援起重機模擬器系統(tǒng)，對其實際使用性能進行驗證。
　　 本文研究的主要工作內容與研究成果如下:
　　 1、對物理引擎所涉及的關鍵理論與技術做了詳盡的分析研究工作，同時分析了鐵路救援起重機的基本物理結構及工作原理，尤其是各個關鍵部件聯接部分的物理約束機制。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)定的物理引擎技術進行起重機各項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)境下搭建起重機仿真模型，能夠模擬出救援起重機在正常工作和異常事故情況下的物理行為，同時也增加了模型的穩(wěn)定性。根據起重機自身機構與受力特性，設計并實現了可斷裂約束，進一步提高了模型動作行為的真實程度。
　　 3、基于Havok物理引擎仿真原理，設計出鐵路救援起重機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對仿真模塊的運算性