机械系统动态仿真技术.doc

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1、机械系统动态仿真技术综述一、机械系统动态仿真技术简介机械系统动态仿真技术，也叫虚拟样机技术(VirtualPrototypingTechnolo2gy,简称VPT)。它是一种全新的机械设计方法，作为一项计算机辅助工程(CAE)技术于上个世纪80年代随着计算机技术的发展而出现，在90年代特别是进入21世纪以后得到了迅速发展和广泛应用。工程师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。机械系统动态仿真技术涉及多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信息管理技术、交互式用户界面技术和

2、虚拟现实技术的综合应用技术。二、虚拟样机定义虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型，它可以像真实的物理模型一样，用来对所关心的产品的全寿命周期，如设计、制造、服务、循环利用等，进行展示、分析和测试。这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术。它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。三、虚拟样机技术国内应用现状在国内，虚拟样机技术的应用尚处于起步阶段，主要是引用国外的先进技术。中航第一飞机研究院成功推出了国内首架飞机全机规模电子样机。863项目“月球表面探测机器人方案研究”则运用虚拟样机技术构造虚拟月球面计算仿真环境，并对涉及到的多项关键技术进行了深入研究

3、，取得了很好的成果。各研究院所纷纷开展虚拟样机技术在汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业等方面的应用研究、仿真分析及二次开发。通过对虚拟样机各关键技术的深入研究,必将促进虚拟样机技术的推广应用，增强我国企业的产品开发能力。四、虚拟样机技术国外应用现状在国外，虚拟样机技术的应用在美国非常广泛。我们熟知波音777飞机是世界上首架以无纸方式研发及制造的飞机，其设计、装配、性能评价及分析就是采用了虚拟样机技术。这不但使研发周期(8年缩短为5年)大大缩短，研发成本大大降低(设计费用降低94%，设计更改降低93%)，而且确保了最终产品一次装机成功。波音西科斯基公司在设计

4、RAH266直升飞机时，使用了全任务仿真的方法进行设计和验证，花费4590h的仿真测试时间，节省了11590h的飞行测试。1997年7月4日，美国航空航天局(NASA)的喷气推进实验室(JPL)由于采用了虚拟样机技术，成功地实现了火星探测器“探路号”在火星上的软着陆。在探测器发射以前，JPL的工程师们运用虚拟样机技术预测到由于制动火箭与火星风的相互作用，探测器很可能在着陆时滚翻并最后6轮朝上。工程师们针对这个问题修改了技术方案，保证了火星登陆计划的成功。约翰迪尔(JohnDeere)是一家具有160多年历史、并在世界农业机械、建筑机械领域处于领先地位的世界500强企业，总部设在美

5、国伊利诺伊州。迪尔公司也是全球柴油发动机大型生产商之一。为了解决工程机械在高速行驶时的蛇行现象以及在重载下机械的自激振动问题，公司的工程师利用虚拟样机技术，不仅找到了原因，而且提出了改进方案，并且在虚拟样机上得到了验证，从而大大提高了产品的高速行驶性能与重载作业性能。卡特彼勒是建筑机械、矿用设备、柴油和天然气发动机以及工业用燃气轮机领域的技术领导者和全球领先的制造商之一。世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒公司的工程师们采用了虚拟样机技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了优化设计及分析，在一天的时间内，他们对工作装置进行了上万个工位的运动和受力分析。通用动力公司1997年建成了第一

6、个全数字化机车虚拟样机,并行地进行产品的设计、分析、制造及夹具、模具工装设计和可维修性设计。福特公司专门雇佣一家咨询公司用虚拟样机技术进行车辆事故仿真，在法庭上用其仿真结果为自己辩护。福特某一款新车型采用虚拟样机技术，缩短设计周期70天。全公司内采用VPT，减少设计费用4000万美元，节省制造费用10亿美元。为了减少大型洗衣机的振动，PellerinMilnorCorporation(洗衣机设备制造商)用Adams(一个虚拟样机技术应用软件)建立了3种洗衣机的虚拟样机，然后修改设计方案，改变弹簧的刚度和阻尼，选用不同类型的减震器，变换衬套的尺寸和刚度，进行虚拟样机仿真试验。每个设

7、计方案的仿真只需1h，但此后的物理样机实验证明与虚拟样机的吻合程度超过95%。在此基础上，开发的新型洗衣机工作平稳,寿命长，振动噪声小。日产公司是日本的第二大汽车公司，也是世界10大汽车公司之一。该公司除生产各型汽车外，还涉足机床、工程机械、造船和航天技术领域。日产汽车公司利用虚拟样机进行概念设计、包装设计、覆盖件设计和整车仿真设计等。在意大利，一位赛车手在赛车中因事故丧生，其家属起诉赛车制造商，认为事故的原因是赛车的设计缺陷，要求巨额赔偿。制造商借助于虚拟样机技术，说明赛车设计