机械系统虚拟样机技术的研究与开发

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1、中国农业大学学报/990222中国农业大学学报JOURNALOFCHINAAGRICULTURALUNIVERSITY1999年第2期No.21999机械系统虚拟样机技术的研究与开发①张　旭②　毛恩荣摘　要　回顾了机械系统虚拟样机技术的发展历史简述了它对缩短机械系统产品设计开发的周期、降低成本、提高质量等方面的作用。对比分析了其理论基础--求解机械系统运动学和动力学的各种常用方法及其特点。阐述了国内外机械系统虚拟样机技术的研究现状以及目前国内研究存在的问题。最后提出并分析进一步研究与开发的任务和对策。关键词　机械系统虚

2、拟样机技术动力学分类号　TP391.75TH113StudyandDevelopmentofMechanicalSystemVirtualPrototypingZhangXuMaoEnrongCollegeofVehicleEngineringCAUAbstract　Thedevelopmentofmechanicalsystemvirtualprototypingisintroduced.Theeffectsofmechanicalsystemvirtualprototypingonthetime-savingcost

3、-cuttingandquality-improvingetc.intheproductsdesigningareputforwardbriefly.Thetheoreticalbasesincludingmanyspecializedtechniquesandanalysticalmethodsofdynamicsandkinematicsarecompared.Thepresentsituationandproblemsoftheresearchonmechanicalsystemvirtualprototypingar

4、ediscussed.Thetasksoffurtherresearcharegiven.Keywords　mechanicalsystemvirtualprototypingdynamics　　机械系统虚拟样机技术是指在机械系统的设计开发过程中综合应用相关的先进技术手段在计算机上建造出机械产品的模型并对该机械系统整体在投入运行后的工作情况进行分析研究的一种高新技术手段。1　产生背景　　随着近代科学技术的发展工程设计的理论、方法和手段都发生了很大变化。特别是近30年来工程设计手段的先进与否、数字化程度以CAD技术

5、和FEA技术为典范的高低在很大程度上决定了产品设计开发的周期、质量和成本1。CAD技术是计file:///E/qk/zgnydxxb/zgny99/zgny9902/990222.htm第16页2010-3-2316:18:19万方数据中国农业大学学报/990222算机应用于工程设计中最早和最成功的典范。它的出现和广泛使用从根本上改变了传统的以经验为主的设计方法。它将设计人员从费时、重复、繁琐的手工绘图方式中解放出来不但提高了工程图纸的质量和绘制速度而且能在设计完成前由计算机预先显示产品最终的外形结构以供估

6、价更重要的是为设计人员将更多的时间和精力用于创造性的工作提供了条件并为社会带来了巨大的效益。FEA技术在工程设计过程中的应用再次极大地改进了产品的设计手段。它可以帮助设计人员分析机械系统零部件的结构强度、刚度以及热特性和动态特性不但进一步推动了CAD技术在各行业的应用而且解决了许多以前难以处理的工程问题。　　但是随着科学技术的发展人们逐渐认识到这样一个事实即使机械系统中的每个零部件都是经过优化的也不能保证整个系统的性能是良好的即系统级的优化绝不是系统中各部件优化的简单叠加。机械系统虚拟样机技术作为又一种

7、应用于机械系统设计过程中的高新技术手段是现阶段解决这类问题的最有效的技术方案。　　通常多数公司都采用常规的设计方法即首先进行不同的方案设计并绘制出工程图纸然后在经过较长时间的基于经验的方案论证后选出较合适的方案并试制出物理样机此后进行试验设计并对物理样机在多种工况下进行测试当发现结构或性能方面有缺陷时就修改设计方案及工程图纸然后再次制造物理样机并对其进行测试。不难看出这种传统的物理样机制造试验方法大大增加了新产品开发的周期和成本而且很难选用真正的优化方案而机械系统虚拟样机技术则可直接利用CAD软件所

8、提供的各零部件的物理信息如质量、质心位置、对于任意参考坐标系的惯量等及其几何信息在计算机上对机械系统进行虚拟装配定义零部件间的联接关系及其作用力、运动激励等从而获得虚拟样机并对其进行仿真分析。这可使设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟机械系统的工作情况快速分析多种设计方案可以帮助设