Exudyn 开源项目教程

1. 项目介绍

Exudyn 是一个基于 Python 和 C++ 开发的灵活多体动力学系统仿真代码。该项目由奥地利因斯布鲁克大学机械电子系开发，适用于模拟刚体和柔性多体系统。Exudyn 是免费且开源的，提供了丰富的文档和示例，支持在 Windows、Linux 和 MacOS 操作系统上运行。

2. 项目快速启动

环境安装

在开始使用 Exudyn 之前，请确保您的系统中已安装以下依赖：

• Python 3.8 - 3.12
• NumPy
• SciPy

您可以通过以下命令安装这些依赖：

pip install numpy scipy

克隆项目

通过以下命令克隆 Exudyn 项目：

git clone https://github.com/jgerstmayr/EXUDYN.git

运行示例

克隆项目后，您可以进入项目目录，并在 pythonDev/Examples 文件夹中找到示例。以下是运行一个简单示例的命令：

cd EXUDYN/pythonDev/Examples
python simple_pendulum.py

这个示例将模拟一个简单的摆的运动。

3. 应用案例和最佳实践

简单摆模型

创建一个简单的摆模型可以帮助您了解如何设置和运行 Exudyn 仿真。以下是一个简单摆模型的代码示例：

from exudyn import *

# 创建一个新模型
model = Model()

# 设置重力
重力加速度 = -9.81
model.Add gravity(gravity加速度)

# 添加一个质量点
m = 1.0  # 质量
position = [0, 0, 0]
point = model.AddPoint(point=position)

# 添加一个固定约束
model.AddConstraint(FixedPoint(pointIndex=point))

# 添加一个摆杆
l = 1.0  # 长度
massRod = m
model.AddRod(pointNumbers=[point], length=l, mass=massRod)

# 设置仿真参数
simParams = SimulationParameters()
simParams.timeIntegrationScheme = 'implicitNewmark'

# 运行仿真
model.Simulate(simulationTime=3, simulationSteps=1000, visualization='show')

# 可视化结果
model.ShowObject(point)

参数化系统

Exudyn 支持参数化系统，这意味着您可以轻松改变系统参数并重新运行仿真。以下是一个参数化系统的示例：

from exudyn import *

# 创建一个新模型
model = Model()

# 定义参数
l = 1.0  # 摆杆长度
m = 1.0  # 质量

# 添加质量和摆杆
point = model.AddPoint(point=[0, 0, 0])
model.AddRod(pointNumbers=[point], length=l, mass=m)

# 添加约束和重力
model.AddConstraint(FixedPoint(pointIndex=point))
model.Add gravity(gravity加速度)

# 运行仿真
model.Simulate(simulationTime=3, simulationSteps=1000, visualization='show')

# 修改参数
l = 2.0
model.ModifyRod(pointNumbers=[point], length=l)

# 重新运行仿真
model.Simulate(simulationTime=3, simulationSteps=1000, visualization='show')

4. 典型生态项目

Exudyn 可以与其他开源项目结合使用，以下是一些典型的生态项目：

• NGSolve：一个基于有限元方法的数值求解器。
• OpenAI gym：用于开发和测试强化学习算法的工具库。
• Robotics Toolbox：由 Peter Corke 开发的机器人学工具库。

通过将这些项目与 Exudyn 结合使用，您可以扩展多体动力学仿真的应用范围。