數(shù)字化仿真技術(shù)設(shè)計(jì)PPT課件

1、仿真（Simulation) 技術(shù)概述分類： 仿真模型的不同：物理仿真、數(shù)學(xué)仿真和物理-數(shù)學(xué)仿真。物理仿真對(duì)實(shí)際存在的模型進(jìn)行試驗(yàn)，研究系統(tǒng)的性能數(shù)學(xué)仿真用數(shù)學(xué)模型代替實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究物理-數(shù)學(xué)仿真。第1頁(yè)/共17頁(yè)仿真（Simulation) 技術(shù)概述分類： 系統(tǒng)狀態(tài)變化：連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng)指系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生連續(xù)變化，如化工、電力、液壓- -氣動(dòng)、銑削加工等。 離散事件系統(tǒng)指只在離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生“事件”時(shí)，系統(tǒng)狀態(tài)才發(fā)生變化的系統(tǒng)。 應(yīng)用性質(zhì)不同：系統(tǒng)研制和系統(tǒng)應(yīng)用。 系統(tǒng)研制：用于系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)、制造、裝配、檢測(cè)及優(yōu)化 系統(tǒng)應(yīng)用：用于系統(tǒng)操作及管理人員培訓(xùn)第2頁(yè)/共17頁(yè)

2、仿真（仿真（Simulation) 技術(shù)概述技術(shù)概述u仿真技術(shù)在制造系統(tǒng)中各階段的應(yīng)用：概念化設(shè)計(jì)階段：對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)分析和可行性研究設(shè)計(jì)建模：建立系統(tǒng)及零部件模型，判斷產(chǎn)品外形、質(zhì)地及物理特性是否滿意設(shè)計(jì)分析：分析產(chǎn)品及系統(tǒng)的強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)、噪聲、可靠性等性能指標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化：調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)特定性能或綜合性能的優(yōu)化制造：刀具加工軌跡、可裝配性仿真，及早發(fā)現(xiàn)加工、裝配中可能存在的問題樣機(jī)試驗(yàn)：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及運(yùn)行性能仿真，虛擬樣機(jī)試驗(yàn)，以確認(rèn)設(shè)計(jì)目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行：調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及參數(shù)，實(shí)現(xiàn)性能的持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化第3頁(yè)/共17頁(yè)仿真（仿真（Simulation) 技術(shù)概述技術(shù)概

3、述u數(shù)字化仿真的優(yōu)勢(shì)提高產(chǎn)品質(zhì)量：再現(xiàn)全生產(chǎn)周期的各種復(fù)雜工作環(huán)境。縮短產(chǎn)品開發(fā)周期：各環(huán)節(jié)的仿真、樣機(jī)試驗(yàn)。降低產(chǎn)品開發(fā)成本：虛擬樣機(jī)試驗(yàn)。完成復(fù)雜產(chǎn)品的操作和使用訓(xùn)練：再現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)際工作過程，設(shè)計(jì)各種“故障”，“險(xiǎn)情”。第4頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真的基本步驟 實(shí)際系統(tǒng) 幾何建模 數(shù)學(xué)建模 仿真建模 仿真試驗(yàn) 仿真結(jié)果系統(tǒng)建模第5頁(yè)/共17頁(yè)系統(tǒng)建模l 數(shù)學(xué)建模：根據(jù)仿真目標(biāo)建立的數(shù)學(xué)模型（相似度和精度） 演繹法 歸納法l 仿真建模：采用仿真軟件中的仿真算法或通過程序語(yǔ)言，將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受的技術(shù)程序。數(shù)字化仿真的基本步驟第6頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真的基本步驟l仿真試驗(yàn) 運(yùn)行仿真

4、程序、進(jìn)行仿真研究的過程，即對(duì)建立的仿真模型進(jìn)行數(shù)值試驗(yàn)和求解的過程研究對(duì)象：已有或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型：系統(tǒng)的幾何及數(shù)學(xué)模型仿真模型：仿真算法及程序數(shù)學(xué)建模仿真試驗(yàn)仿真建模第7頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真的基本步驟l仿真結(jié)果分析 采用圖形化技術(shù)，通過圖形、圖表、動(dòng)畫等形式顯示被仿真對(duì)象的各種狀態(tài)，使得仿真數(shù)據(jù)更加直觀、豐富和詳盡，有利于對(duì)仿真結(jié)果的分析。 仿真技術(shù)中包括主觀方法、抽象化、直觀感受和設(shè)想，因此必須對(duì)仿真結(jié)果做全面的分析。第8頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真軟件l 現(xiàn)代仿真軟件技術(shù) 開放式結(jié)構(gòu)（便于數(shù)據(jù)交流） “事件驅(qū)動(dòng)”的編程方法 模塊化建模（提高效率） 數(shù)據(jù)處理技術(shù)第9頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真

5、軟件l軟件分類 基于仿真語(yǔ)言：應(yīng)用較廣泛，但缺乏針對(duì)性，用戶需要具備一定的專業(yè)知識(shí)、建模能力及編程技巧，仿真模型開發(fā)的工作量大。GPSS, SIMSCIPT,SIMAN 基于專用仿真環(huán)境：針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶可以將精力集中在系統(tǒng)分析和建模上，有利于提高仿真效率和質(zhì)量。CACI的Sifactory, Promodel solution的Promodel第10頁(yè)/共17頁(yè)數(shù)字化仿真軟件支持機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)的數(shù)字化仿真軟件 MATLAB美國(guó)Math Works 控制系統(tǒng)仿真語(yǔ)言及系統(tǒng)MSC.Nastran美國(guó)MSC Software Corp.結(jié)構(gòu)、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ANSYS美國(guó)ANSYS,

6、INC結(jié)構(gòu)、熱、電磁、流體、聲學(xué)等仿真軟件COSMOS美國(guó)solidworks Corp.機(jī)械機(jī)構(gòu)、流體及運(yùn)動(dòng)仿真軟件PAM-SAFE法國(guó)ESI Group汽車被動(dòng)安全性仿真軟件第11頁(yè)/共17頁(yè)有限元法基本概念 有限元（Finite Element Method, FEM)是一種基于計(jì)算機(jī)的數(shù)值仿真技術(shù)。 基本思想： 將形狀復(fù)雜的連續(xù)體離散化為有限個(gè)單元組成的有效組合體，單元之間通過有限個(gè)結(jié)點(diǎn)相互連接； 根據(jù)精度要求，用有限個(gè)參數(shù)來描述單元的力學(xué)或其他特性，連續(xù)體的特性就是全部單元體特性的疊加； 根據(jù)單元之間的協(xié)調(diào)條件，建立方程組，聯(lián)立求解就可以得到所求的參數(shù)特征。第12頁(yè)/共17頁(yè)有限元法

7、基本方法 位移法：以應(yīng)力計(jì)算為例，位移法是以節(jié)點(diǎn)位移為基本未知量，選擇適當(dāng)?shù)奈灰坪瘮?shù)，進(jìn)行單元的力學(xué)特性分析，在節(jié)點(diǎn)處建立單元的平衡方程，即單元?jiǎng)偠确匠?，有單元?jiǎng)偠确匠探M成整體剛度方程，求解節(jié)點(diǎn)位移，再由節(jié)點(diǎn)位移求解應(yīng)力 力法：以節(jié)點(diǎn)力為基本未知量，在節(jié)點(diǎn)上建立位移連續(xù)方程，在解出節(jié)點(diǎn)力后，再加上節(jié)點(diǎn)位移和應(yīng)力。第13頁(yè)/共17頁(yè)有限元分析軟件的基本模塊 基本功能 靜力學(xué)分析 動(dòng)力學(xué) 熱力學(xué) 電磁場(chǎng)和電流分析 流體計(jì)算 聲場(chǎng)與波的傳播計(jì)算第14頁(yè)/共17頁(yè)有限元分析軟件的基本模塊 有限元軟件的核心模塊 前置處理 構(gòu)造幾何模型，劃分有限元網(wǎng)格，節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)編號(hào)，設(shè)置載荷、材料和邊界條件等 有限元分析 進(jìn)行單元分析和整體分析，如求解位移、應(yīng)力等。一般，軟件提供各種有限單元庫(kù)、材料