浅论虚拟样机技术在机械设计中应用

《浅论虚拟样机技术在机械设计中应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、浅论虚拟样机技术在机械设计中应用【摘要】简述虚拟样机技术的内涵；简析虚拟样机技术相比传统设计方法的优势；探讨虚拟样机技术在机械设计的应用。【关键词】虚拟样机；机械设计；物理样机1引言虚拟样机技术的兴起，为机械设计提供了全新的设计理念和设计方法。虚拟样机技术在机械设计中的应用是指在机械设计的初期，设计在初期进行，在计算机里创建虚拟样机,根据各项仿真的实验测试好分析，使设计的机械在结果和功能上在计算机上模拟，并在设计中发现设计的不足和缺陷，同时改进和优化机械设。2虚拟样机技术的内涵虚拟样机技术是面向系统级设计的、应用

2、于基于仿真设计过程的技术，包含有数字化物理样机、功能虚拟样机和虚拟工厂仿真三方面内容。这三者在产品数据管理系统或产品全生命周期管理系统的基础上实现集成，提供了有效的方法实现从实体物理样机向软件物理样机的转化，从而有效地支持了虚拟产品开发。机械领域中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是20世纪80年代随着计算机技术发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。机械工程技术人员通过在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的物理样机，这可以大大的简化

3、机械产品的设计开发过程，大幅度缩减产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品的质量和系统性，从而获得最优化和创新的设计产品。特别虚拟样机技术为复杂机械产品的设计提供了重要工具。3虚拟样机的优势虚拟样机是一种在运用计算机模拟设计产品的设计技术，是实际产品在计算机上的表示，又叫数字化样机。虚拟样机技术的本质是一种模拟仿真技术。传统的机械物理样机设计流程如图1：通过对比虚拟样机技术的优点是：通过机械系统的虚拟样机进行软件编程几何建模、产品的控制设计、变形分析和优化设计。这样可以充分利用计算机实现产品的设计，

4、避免了物理样机的资源浪费，可以提高产品设计的效率，优化设计产品。这是一种环保、高效的设计新方法。4机械设计中的虚拟样机技术应用：虚拟样机的组成通常，虚拟样机应该包括如下三个主要模块。（1）3D立体模块：具备完善的物理模型描述能力。(2)人际交互模块：虚拟样机技术以虚拟现实技术为基础，实现产品模型的逼真显示、动画仿真和人机交互。(3)测试评估模块：产品模型分析和评价是虚拟样机技术的核心，主要包括产品可制造性分析和产品性能评价，例如产品几何形状、空间布局、结构学分析、动力学分析、加工性分析、可装配性分析、可维护性分析

5、等等。4.1虚拟样机技术及其相关软件特点虚拟样机技术是与产品开发相关的CAX如CAD、CAE、CAM等技术和D如DAF(DesignForAssemlbly),面向装配的设计)等陆续出现技术为基础，进一步融合现代信息技术、先进仿真技术和先进制造技术，从系统的层面来分析复杂的系统，利用虚拟样机代替虚拟物理样机对产品进行创新设计测试和评估，以缩短产品开发周期，降低产品的开发成本，改进产品的设计质量，提高面向客户与市场需求的能力。在机械设计中，虚拟样机技术的研究对象是机械体系，而机械系统是一个相互联系的物体的组合，系统

6、的内部和外部都有多个影响因素，所以在机械设计中主要有三个分析：机械系统的静力学分析-机械系统的运动力学分析，机械系统的动力学分析。机械工程中的虚拟样机设计主要是研究机械的系统动力学和运动学，核心是利用计算机分析产品技术的动力学和运动学，通过分析来确定系统和构件在任意时刻的位置、速度和加速度，同时确定各构件之间的作用力和反作用力，但由于机械系统是个比较复杂的系统，所以要借助其他相关的软件技术：(1)几何模型韵计算机辅助设计(CAD)技术软件和技术，是用于计算机建模和展示机械系统的仿真分析结果的。(2)有限元分析(F

7、EA)软件和技术。使得有限元分析对构件的应力、应变和强度可以进行进一步的分析，这样有限元分析就使得产品性能的优化和改进和评估有了强有力理论基础。(3)模拟各种各样作用力的软件编程技术。机械系统分析中需要分析各种外力如点动力、风力等其他动力因素，这就需要借助可以模拟各种各样作用力的软件编程了。(4)控制系统和最后的优化分析技术。在机械设计完成以后，一般都有一个优化的过程•运用虚拟样机软件分析设计结果使其达到最优。通过优化分析，确定最佳的设计结构和参数值，是机械系统获得最佳的综合性能。4.1.1CATIA软件的特点与

8、功能CATIA是法国达索系统公司的CAD/CAE/CAM一体化软件，在世界CAD/CAE/CAM领域中处于领导地位。CATIA被广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子、电器及消费品行业。它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，满足了工业领域各类大、中、小企业的需要oCATIA为用户生产效率的提高、产品和流程的优化以及企业整体效率的提高提供了多方面的支持，