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虚拟样机技术 姓 名： 吴雅妮 学 号： 座机电话号码2036 学 院： 机械学院 班 级： 机电10-2班 2013年 11 月 22 日 虚拟样机技虚拟样机技虚拟样机技术是一门综合多学科的技术，以机械系统运动学、多体动力学、有限元分析和控制理论为核心，运用成熟的计算机图形技术，将产品各零部件的设计和分析集成在一起，建立机械系统的数字模型，从而为产品的设计、研究、优化提供基于计算机虚拟现实的研究平台。因此虚拟样机亦被称为数字化功能样机。 动力学有限元分析 有限元分析软件目前最流行的有：ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC四个比较知名比较大的公司，其中ADINA、ABAQUS在非线性分析方面有较强的能力目前是业内最认可的两款有限元分析软件，ANSYS、MSC进入中国比较早所以在国内知名度高应用广泛。目前在多物理场耦合方面几大公司都可以做到结构、流体、热的耦合分析，但是除ADINA以外其它三个必须与别的软件搭配进行迭代分析，唯一能做到真正流固耦合的软件只有ADINA。ANSYS是商业化比较早的一个软件，目前公司收购了很多其他软件在旗下。ABAQUS专注结构分析目前没有流体模块。MSC是比较老的一款软件目前更新速度比较慢。ADINA是在同一体系下开发有结构、流体、热分析的一款软件，功能强大但进入中国时间比较晚市场还没有完全铺开。 随着现代科学技术的发展，人们正在不断建造更为快速的交通工具、更大规模的建筑物、更大跨度的桥梁、更大功率的发电机组和更为精密的机械设备。这一切都要求工程师在设计阶段就能精确地预测出产品和工程的技术性能，需要对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场和渗流等技术参数进行分析计算。例如分析计算高层建筑和大跨度桥梁在地震时所受到的影响，看看是否会发生破坏性事故；分析计算核反应堆的温度场，确定传热和冷却系统是否合理；分析涡轮机叶片内的流体动力学参数，以提高其运转效率。这些都可归结为求解物理问题的控制偏微分方程式，这些问题的解析计算往往是不现实的。近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）方法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。 虚拟样机技术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。 由于冷精锻工艺对设备的要求很高:冷锻压力机在加工时要保证滑块速度尽可能低,且应均匀而无大的变化,接触工件的速度应尽可能低,空程速度则应尽能高,所以长期以来,无论国内国外,都没有非常适合于冷锻成形的专用压力机,本上用通用压力机进行冷锻成形。近来,随着机械压力机工作机构的不断改进,发了变形肘杆式压力机,其有效行程和低速行程范围扩大了许多;同时,由于采用了复合长导向技术,滑块精度较高且不会承受侧向力,基本上能满足冷精锻的要求。所以,变形肘杆式冷锻压力机的开发将大大促进冷精锻技术的发展。开发变形肘式冷锻压力机需要解决成形速度和高精度等关键技术,包括以下3 方面的内容: 1 在成形速度方面,要进行机构化设计。在满足机械的各种运动约束的条件下,寻求机械参数的最优组合,使滑块的运动速度能满足冷锻工艺的要求,为此要进行滑块运动数学模型的研究,优化计算方法和程序设计。 2 在压力机的刚度方面,要进行有限元分析计算,寻找满足刚度要求的机身、滑块、工作台的结构参数。 3 建立冷锻压力机的三维计算机动态模型,对压力机的运动进行计算机模拟,其结果可作为冷锻压力机的设计依据,从而节省样机试制费用,缩短开发周期。 利用虚拟样机技术,基本上可以解决开发变形肘杆式冷锻压力机时所遇到的关键问题。虚拟样机技术在开发变形肘杆式冷锻压力机中的应用。该课题的主要内容包括:压力机多连杆机构参数优化方法;压力机多连杆机构运动学和动力学模型的建模方法;多连杆机构运动过程的动画显示方法;实体多连杆机构运动过程的干涉检验方法;动态仿真精度的检验方法等。该系统在Windows 平台下运行,实现多连杆机构的参数化设计、优化设计、压力机系统设计、压力机全行程动态仿真和三维动画动态仿真,并实现对动态仿真精确性的正确评估。所研制的系统充分考虑其实用性、通用性和开放性,以便在实际应用中实现用户化。该系统包括以下功能子系统: 1 多连杆机构虚拟样机系统。主要有实现多连杆机构2D 几何建模、运动学模拟、2D 动画、运动学参数可视化、特定点运动轨迹描述、机构动干涉检查、机构优化等功能。