简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用.docx

简析机械设计中虚拟样机技术的有效应用【摘要】与传统的机械设计技术相比虚拟样机技术一种全新的智能化产品设计技术通过进行仿真分析用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷修改设计并得到最优设计方案的技术。本文通过对虚拟样机技术的概念、特点以及主要的软件技术进行分析说明了虚拟样机在机械设计中的诸多有效应用。【关键词】机械设计；虚拟样机技术；有效应用随着科技的不断进步虚拟样机技术已然成为一种机械设计中必要的技术不仅是计算机技术在机械工程领域的成功应用更是一种全新的机械产品设计理念。虚拟样机技术是一种在建造物理样机前设计师先通过利用计算机技术建立机械系统的数字化模型简化复杂机械系统设计能够有效缩短产品开发周期降低研发成本提高产品设计质量等方面有重要突破。一方面它可以通过对虚拟样机的测试从产品多种设计方案中评估出最优方案并不断改进设计方案直到获得最优的整机性能。另一方面运用虚拟样机技术可以实现产品的并行设计即可以快速地建立包括控制系统、液压系统、气动系统在内的多体动力学虚拟样机并在产品设计初期发现问题、解决问题。通过仿真分析用图形的方式显示出该系统在实践过程中所具有的各种特性和缺陷修改设计并得到最优设计方案的技术。这不仅降低了研发成本而且也无需浪费大量的人力、物力来生产出具有缺陷的样机有效的促进了产品设计的设计效率和设计质量。1.虚拟样机技术简介1.1虚拟样机技术概述随着科学技术的发展试验手段的加强以及新兴学科和技术的不断涌现乃至学科之间的交叉与综合使得原有的生产方法适应不了当今瞬息万变的时代发展大潮。机械设计是机械产品研发过程中的一个重要组成部分是机械生产的第一步同时还是决定机械性能的最主要因素。与传统的开发物理样机的设计方法相比利用虚拟样机技术开发虚拟产品具有很大的优越性。虚拟样机在对产品进行创新设计、测试和评估等方面可以代替物理样机由此不仅可以缩短开发周期改进产品设计质量还能节约研发成本。机械工程中的虚拟样机技术又可以称为机械系统动态。仿真技术是国际上20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。机械工程师在计算机上设计样机模型并对模型进行各种动态性能分析用数字化形式代替传统的实物样机试验然后改进样机性能欠缺的地方优化设计方案进而生产出最优的机械产品。1.2虚拟样机技术的优越性本质上虚拟样机技术是一种模拟仿真技术涉及到多体系统运动学、动力学建模理论及其技术实现等方面是在先进的建模技术、信息管理技术、多领域仿真技术、交互式用户界面介绍和虚拟现实技术的基础上的综合应用技术。虚拟样机其实就是实际产品在计算机上显现出的模型又称为数字化样机。虚拟样机的智能性是实现人机交互的一种机械设计技术是计算机辅助工程师进行设计而不是完全由计算机程式化的进行产品设计分析。虚拟样机并不会因其虚拟性而在功能方面与物力样机存在差距而是在一定程度上拥有与物力样机相似的功能其检测的真实度具有可信性。利用相关分析软件结合机械设计等方面知识可通过分析产品虚拟模型预测产品性能包括运动学特性、动力学特性、强度分析、疲劳寿命等为优化产品提供依据。2.虚拟样机技术相关软件2.1Pro/Engineer（Pro/E）三维建模工具的出现和应用改变了传统的设计方法和过程。相比二维绘图软件三维建模工具所独具的优点使得其正越来越多地得到应用。就目前市场上存在的三维建模软件来说Pro/E软件尤其是第三代产品Pro/Ewildfire版本其所具有的强大的参数化特征造型功能（现代CAD技术的一个主要发展方向）而受到企业界的一致认同。通过Pro/E设计出来的与物理样机完全相同的虚拟样机其零部件之间的装配和嵌合一目了然而且通过它的运动仿真分析功能可以把设计错误消灭在设计的初始阶段还可以简化复杂的设计工作把设计人员从繁琐的工作中解放出来使设计人员把精力放在机械产品的结构优化和创新上。2.2ADAMS虚拟样机技术的典型应用软件是ADAMS软件。ADAMS是美国MechanicalDynamicsInc公司开发的虚拟样机分析软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库创建完全参数化的机械系统几何模型其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法建立系统动力学方程对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析输出移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另外又是虚拟样机分析开发工具其开放性的程序结构和多种接口可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。