虚拟样机技术在机械行业应用

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1、虚拟样机技术在机械行业应用　　摘要：论述了虚拟样机技术的概念、特点，以及在机械领域的应用，通过对我国机械产品传统研究的发展模式的分析，结合虚拟样机的设计方法的优势，虚拟样机在我国机械行业前景看好。关键词：虚拟样机；设计方法；机械产品中图分类号：F407.4文献标识码：A文章编号：1001-828X（2014）04-0-01一、引言制造业是国民经济的支柱产业，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。其发展水平直接关系到国家的现代化建设与国家安全，是国家实力的重要体现。虚拟样机技术是一种以计算

2、机建模、仿真为基础上的数字化设计方法，目前已被广泛应用于制造业中。随着全球经济的一体化，工程机械产品市场的竞争日益激烈。二、虚拟样机技术及研究平台1.虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作（CSCW）技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。52.虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发（IntegratedProductandProcessDevelopment，简称IPPD

3、）是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起，对产品及其制造和支持过程进行优化，以满足性能和费用目标。IPPD的核心是虚拟样机，而虚拟样机技术必须依赖IPPD才能实现。3.虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。4.虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力学特性。借助于这项技术，

4、设计师可以在计算机上建立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统。三、虚拟样机技术在机械领域的应用5产品的设计流程包含结构设计、结构有限元分析、系统运动学与动力学分析、控制系统设计、虚拟样机作业过程模拟、系统稳定性与安全性评价、系统故障预测及冗余设计等。该设计过程在设计初期就充分考虑结构系统与控制系统的相互耦合作用，并进行产品作业全过程的计算机模拟，预测产品的性能、寿命及可靠性，从而缩短了开发周期，降低产品开发成本和开发风险。1.虚拟样机技术软件比较

5、有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK。ADAMS占据市场50%以上份额。其他软件还有：WorkingModel、Flow3D、IDEAS、Phoenics、ANSYS和Pamcrash。ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisMechanicalSystem）软件是美国MDI公司（现已并入MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、

6、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。包括ADAMS/ViewADAMS/Solver及其他扩展模块2.虚拟样机技术在机械系统中有三种不同性质的分析：（1）机械系统的静力学分析：刚性系统。（2）机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运动分析。当机构的自由度=0时，进行运动学分析。（3）机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的系统运动分析5当机构的自由度>0时，进行动力学分析。主要有基于运动学和动力学可靠性分析技术：基于运动学和动力学虚拟样机制造技术；基于运动学和动力学结构综合优化

7、技术；基于运动学和动力学机构优化分析技术（如多连杆杆系分析）；运动学和动力学设备故障分析技术；下面就我们机械压力机的曲柄连杆结构用虚拟样机如果处理来举例一下：3.曲柄连杆机构曲柄连杆机构入图，曲柄AC长90mm，OC距离300mm。计算β=30度时r，r，，本案例主要分以下几个步骤：（1）建立模型，设置单位和重力。（2）建立零件和链接。（3）运动仿真。（4）绘制结果。通过三维CAD设计的结构模型可传入结构分析软件和运动学、动力学仿真软件ADAMS中进行分析。在ADAMS中建立多体模型并定义变量，定义的变量通过

8、ADAMS和MATLAB的接口，传输到MATLAB中，对控制方案进行仿真。仿真结果可再传回ADAMS中进行分析。通过重复这样的设计-仿真交互，直到得到满意的结果。四、虚拟样机技术在机械领域的发展前景虚拟样机技术的发展，使产品设计可摆脱对物理样机的依赖，体现了一种全新的研发模式，它在工程领域的迅速发展，必将给企业带来重大的影响。（1）高效的研发手段促使产品的更新换代加快，产品开发风险降低，企业的生产效