建議書虛擬振動臺-LMS建議書

航空綜合技術(shù)研究所虛擬振動試驗系統(tǒng)LMS國際公司建議書呈送：航空綜合技術(shù)研究所仔中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所AVIC.AERdrPOLYlECHMCBL0仃丫ESlAELlSHMENT提交：LMS國際公司S3i_M5sENSiHE￡itlHCIhtfl^^^TiaN2010年3月StatementofConfidentiality《航空綜合技術(shù)研究所虛擬振動試驗系統(tǒng)LMS國際公司建議書》中所有內(nèi)容均為機(jī)密信息，若未事先征得LMS國際公司的書面同意，航空綜合技術(shù)研究所確認(rèn)將不會泄漏給任何其它公司，和不參與本項目審查工作的任何個人。Revisions&Modifications版本作者時間說明V1.0程磊2010年3月301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月1

r—Mm匕EMGIMEERINGIMV口VATION目錄TOC\o"1-5"\h\z1虛擬振動試驗建設(shè)需求分析 1項目需求概述 1虛擬振動試驗系統(tǒng)的提出與建設(shè)目標(biāo) 3虛擬振動試驗系統(tǒng)的意義與價值 42虛擬振動試驗系統(tǒng)項目技術(shù)方案 6平臺功能與建設(shè)思路 6虛擬振動試驗系統(tǒng)組成架構(gòu)與支撐軟件 10虛擬振動試驗主要流程和步驟 15關(guān)鍵技術(shù)點及其實現(xiàn) 18典型建模步驟示例 21振動臺部件CAD建模 21網(wǎng)格劃分 21材料與單元屬性定義 22有限元裝配與聯(lián)接 22邊界條件與工況定義 22計算 23輸出結(jié)果與后處理 23結(jié)論 233實施計劃 233.1軟件配置方案 233.2實施內(nèi)容與實施步驟 244虛擬振動臺系統(tǒng)國內(nèi)外成功用戶 275虛擬振動臺軟件平臺簡介 34ImAGINE.LabAMESim多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真平臺 34Virtual.Lab多學(xué)科3維虛擬樣機(jī)仿真平臺 40Imagine.Lab與Virtual.Lab的無縫集成 43301所虛擬振動臺301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月EMEIMEERilNG1HMicVATI口N1虛擬振動試驗建設(shè)需求分析項目需求概述振動環(huán)境試驗是航空航天、武器裝備、精密儀器等行業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)過程中的最重要的環(huán)節(jié)之一，對于驗證產(chǎn)品尤其是其中的振動敏感設(shè)備和精密儀器在振動環(huán)境中的抗振性、可靠性與適應(yīng)性有著至關(guān)重要的作用。在當(dāng)前航空航天和國防裝備等領(lǐng)域，產(chǎn)品的振動環(huán)境試驗一般通過振動試驗臺來完成。通過振動臺模擬產(chǎn)品在工作狀態(tài)中的外部振動激勵，評價產(chǎn)品在各種典型工況或極限工況中的抗振能力，以結(jié)構(gòu)抗振能力和可靠性為目標(biāo)，根據(jù)試驗結(jié)果評價、驗證和改進(jìn)設(shè)計方案。通過振動臺進(jìn)行振動環(huán)境試驗和設(shè)計改進(jìn)的優(yōu)點是方法直接、一般情況下正確可靠，可以對物理樣機(jī)或?qū)嶋H產(chǎn)品進(jìn)行直接的試驗測試，直觀地觀察和評價實物在不同振動激勵下的響應(yīng)和表現(xiàn)，基于試驗結(jié)果提出設(shè)計改進(jìn)。由于產(chǎn)品均基于振動試驗臺進(jìn)行振動環(huán)境測試，振動試驗的精確性和試驗結(jié)果在很大程度上決定于振動試驗臺的性能。因此，振動試驗臺本身的設(shè)計和建設(shè)至關(guān)重要，對振動試驗臺的設(shè)計要求是精確、可靠，實施和建設(shè)費用低、周期短，以滿足航空產(chǎn)品需要進(jìn)行越來越多的振動試驗的要求。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月1

r—Mm匚H口IhlI二二RHGIHND”.自TI□U 當(dāng)前，振動試驗臺的設(shè)計和建設(shè)主要通過傳統(tǒng)的技術(shù)方法和流程實現(xiàn)，基于振動臺的設(shè)計目標(biāo)，進(jìn)行目標(biāo)和功能分解后，對各子系統(tǒng)或部件進(jìn)行選型和采購。傳統(tǒng)流程對振動臺本身缺乏有效的評價，如強(qiáng)度、模態(tài)、閉環(huán)控制與激勵的精確性，臺面與試件的結(jié)構(gòu)耦合特性，等等。傳統(tǒng)設(shè)計方法的局限其一在于難以優(yōu)化振動臺性能和設(shè)計方案，其二振動臺開發(fā)成本高，建設(shè)周期長，在設(shè)計后期容易出現(xiàn)較多的設(shè)計反復(fù)，甚至出現(xiàn)顛覆性的問題。止匕外，隨著航空待測型號和產(chǎn)品越來越多，對振動環(huán)境試驗的要求也越來越高，必須不斷提高試驗的效率和有效性，同時降低試驗風(fēng)險。當(dāng)前基于振動臺的振動環(huán)境試驗存在以下局限：振動試驗準(zhǔn)備周期較長，需要有實物樣機(jī)或產(chǎn)品才能進(jìn)行，而且物理樣機(jī)或產(chǎn)品的成本較高；由于試件安裝在試驗臺上和安裝在實際產(chǎn)品上的耦合關(guān)系和邊界條件不同，因此試驗臺難以完全模擬真實的振動激勵，容易引起過試驗或欠試驗問題，存在一定的試驗風(fēng)險；BoundaryConditionsBoundaryConditions在試驗臺上難以模擬所有的工況；振動試驗受到傳感器數(shù)量和安裝位置的限制，能夠獲取的試驗結(jié)果信息有限，無法完全觀測到結(jié)構(gòu)響應(yīng)和破壞；并且對一些導(dǎo)出量如結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變等較難直接測量；僅僅基于振動試驗進(jìn)行設(shè)計驗證和改進(jìn)有較大的局限性，只能通過試錯方式進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，而且難以做到優(yōu)化。綜上所述，當(dāng)前振動試驗臺的設(shè)計、驗證和建設(shè)，以及振動試驗本身都存在較大的技術(shù)局限，既影響振動試驗臺的設(shè)計效果，又影響振動試驗的效率，需要尋求新的能夠同時滿足振動臺設(shè)計開發(fā)和改進(jìn)振動試驗的技術(shù)途徑，從而大幅度提高振動環(huán)境試驗從振動臺構(gòu)建到振動試驗實施的效率，即端到端的解決方301所虛擬振動臺301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月匚同CilU二二RHG1卜」\口\，.也11口"案。虛擬振動試驗系統(tǒng)的提出與建設(shè)目標(biāo)解決當(dāng)前振動試驗系統(tǒng)設(shè)計問題、提高試驗效率、改進(jìn)試驗質(zhì)量的最有效的途徑是通過虛擬仿真技術(shù)，建立振動環(huán)境試驗的仿真平臺，為振動試驗臺的設(shè)計、工程決策和振動試驗提供一個完整的仿真系統(tǒng)?；诖朔抡嫦到y(tǒng)，或稱虛擬振動試驗系統(tǒng)，可以完成從振動臺設(shè)計驗證與優(yōu)化，到虛擬化的振動試驗在內(nèi)的任務(wù)。振動試驗的特點是方法直接、正確可靠，但周期長、成本高，而虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)勢在于效率高、成本低、能夠得到試驗方法無法獲得的信息，因此虛擬仿真技術(shù)是彌補(bǔ)試驗技術(shù)缺點和局限的最有效方法。虛擬振動試驗是指通過軟件環(huán)境建立的振動試驗臺模型和被測試件模型，在軟件環(huán)境中基于振動試驗臺和被測試件的虛擬仿真模型，完成與實際振動試驗相同或類似的振動環(huán)境試驗任務(wù)。虛擬振動試驗可以在物理試驗之前盡可能全面的了解并及時發(fā)現(xiàn)問題，將重復(fù)工作降到最低；另一方面可以為物理試驗作好充分準(zhǔn)備，減少對物理試驗的依賴，進(jìn)一步加快產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程。虛擬振動試驗系統(tǒng)的主要建設(shè)目標(biāo)是：完成振動臺設(shè)計方案的驗證與優(yōu)化。振動臺系統(tǒng)包括控制器、電磁激勵作動器、執(zhí)行環(huán)節(jié)、臺面等，基于虛擬試驗系統(tǒng)，能夠建立完整的振動臺系統(tǒng)模型，進(jìn)行方案選型和設(shè)計驗證；或?qū)ζ渲械淖酉到y(tǒng)進(jìn)行單獨詳細(xì)驗證；虛擬振動試驗?；诖颂摂M振動試驗系統(tǒng)，可以建立振動試驗臺模型和試件模型，并將試件模型與振動臺模型進(jìn)行裝配，完成各種工況的振動試驗。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月3

—MmEMGIMEERINGINliWVATIOIN基于虛擬振動試驗的方案改進(jìn)和優(yōu)化?；谔摂M振動試驗結(jié)果，對試件設(shè)計方案提出改進(jìn)或優(yōu)化方案。國內(nèi)外先進(jìn)航空航天企業(yè)已經(jīng)在虛擬振動試驗方面開展了較多的的研究和應(yīng)用，并取得了極高的效益和成果。在虛擬振動試驗方面比較先進(jìn)和有代表性的航空航天企業(yè)國外包括NASA、Lockheed.ESA歐洲航天局、ESTEC歐洲航天技術(shù)中心，國內(nèi)包括511所、航天6院11所、三院三部、702所、西安交大航天航空學(xué)院等。虛擬振動試驗系統(tǒng)的意義與價值建立虛擬振動試驗系統(tǒng)可以有效改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)流程，一方面可以加快振動試驗臺本身的設(shè)計過程，提高試驗臺性能，節(jié)省振動臺建設(shè)成本，從而從基礎(chǔ)設(shè)施上保證振動試驗的質(zhì)量；另一方面可以顯著提高振動環(huán)境試驗的工作效率、克服實物試驗不可跨越的局限、提高振動試驗的試前預(yù)示能力、試后分析能力并降低試驗風(fēng)險，甚至代替部分實物試驗，節(jié)省試驗成本。綜合而言，虛擬振動試驗系統(tǒng)的建設(shè)對于振動臺本身的設(shè)計和振動試驗兩方面均具有重要意義：?振動試驗臺設(shè)計方案驗證與優(yōu)化的仿真環(huán)境。心根據(jù)振動試驗臺設(shè)計方案，建立振動臺各子系統(tǒng)的仿真模型，包括控制器、電磁作動器、靜壓軸承、臺面等，通過結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、模態(tài)分析，驗證振動臺的結(jié)構(gòu)特性，通過閉環(huán)耦合分析驗證其激勵能力，并優(yōu)化控制器和電磁作動器參數(shù)，為子系統(tǒng)選型和采購做好準(zhǔn)備；心加快振動試驗臺的設(shè)計流程，優(yōu)化振動臺性能，節(jié)省建設(shè)成本；心保證振動臺本身設(shè)計方案的合理性，保證“一次設(shè)計正確”，通過仿真方法盡可能在設(shè)計早期解決問題，避免在設(shè)計后期出現(xiàn)設(shè)計反復(fù)和顛覆性錯誤；心在虛擬振動試驗系統(tǒng)中建立的虛擬振動臺模型，經(jīng)過調(diào)?？梢灾苯佑糜谔摂M振動試驗，與試件的模型進(jìn)行裝配。301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月—MmENGVhlECRINGIMHDVATIIONI?虛擬振動試驗4避免過試驗或欠試驗問題，降低振動試驗風(fēng)險；4更準(zhǔn)確地考慮試件與振動臺之間的結(jié)構(gòu)耦合；4模擬各種實物振動試驗難以考慮的工況；4通過虛擬振動試驗可以獲取更全面的測量信息，如結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變等，基于這些更全面的測量信息，可以更準(zhǔn)確地分析試件特性，提出改進(jìn)意見；4基于虛擬試驗可以根據(jù)試驗結(jié)果快速找到結(jié)構(gòu)的薄弱問題，并得到改進(jìn)方案，直至進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化；4提高振動試驗的試前預(yù)示能力、試后分析能力；4減少實物試驗次數(shù)，替代部分甚至全部實物試驗，加快試驗進(jìn)程，提高試驗效率，節(jié)省試驗成本。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月5

巨NGIMEEHINGININ口VAT101M2虛擬振動試驗系統(tǒng)項目技術(shù)方案平臺功能與建設(shè)思路如前所述，虛擬振動試驗系統(tǒng)的主要功能包括兩大方面，其一是振動試驗臺本身的設(shè)計和仿真驗證，其二是建立振動臺和試件的仿真模型，進(jìn)行虛擬振動試驗。根據(jù)虛擬振動試驗系統(tǒng)的主要功能和其結(jié)構(gòu)組成，構(gòu)建虛擬振動試驗系統(tǒng)需要實現(xiàn)以下幾個方面：振動臺仿真模型的建立與驗證建立振動臺仿真模型的目的一是驗證和優(yōu)化振動試驗臺的設(shè)計方案，二是作為虛擬振動試驗的基礎(chǔ)，振動臺仿真模型將與被測試件的有限元模型進(jìn)行裝配，完成虛擬振動試驗。從建模方法上來看，目前國內(nèi)外在虛擬振動試驗中，振動臺仿真模型的建立通常可以有兩種方法，即線性的有限元方法和非線性的多體動力學(xué)方法（結(jié)合控制和有限元）。心有限元方法是開環(huán)式仿真，整個振動試驗臺中各個部分均建立其有限元模型，并且通過合適的連接單元進(jìn)行有限元裝配。在進(jìn)行振動試驗臺設(shè)計時，這種方法可以用于驗證試驗臺的結(jié)構(gòu)特性，包括強(qiáng)度、模態(tài)、傳遞函數(shù)，以及與被測試件模型的耦合。心多體動力學(xué)建?？梢酝ㄟ^結(jié)合控制和電磁作動系統(tǒng)模型實現(xiàn)完整的閉環(huán)仿真，振動試驗臺機(jī)械部分通過多體動力學(xué)軟件建立其模型，而控制器和電磁作動器部分則通過系統(tǒng)仿真軟件建立模型。將兩部分集成起來可以實現(xiàn)閉環(huán)分析。這種方法可以考慮控制器、激301所虛擬振動臺301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月r—MmEKGIMEERINGIMiWVATIOIN勵、機(jī)械及其耦合，在振動試驗臺設(shè)計過程中，便于進(jìn)行方案選型和完整系統(tǒng)的驗證。振動臺的多體動力學(xué)模型最終要與被測試件的有限元模型進(jìn)行集成，通常借助于多體動力學(xué)軟件的剛?cè)狁詈戏治龉δ?。被測試件有限元模型創(chuàng)建基于有限元軟件建立被測試件的模型，與振動試驗臺的模型集成，用于虛擬振動試驗。被測試件的有限元模型接受來自振動臺臺面的激勵，其振動響應(yīng)可以在虛擬試驗中直接獲取和觀測。被測試件的有限元模型建模要求是真實、準(zhǔn)確，其結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性應(yīng)該與實際物理試件一致，在虛擬振動試驗的實施過程中應(yīng)當(dāng)通過一定的技術(shù)手段保證被測試件有限元模型的準(zhǔn)確性。被測試件有限元模型與試驗數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析及模型更新保證被測試件有限元模型準(zhǔn)確性的有效方法是進(jìn)行試驗相關(guān)性分析，基于試驗數(shù)據(jù)對有限元模型進(jìn)行必要的修正，保證有限元模型的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性與實際試件一致，從而保證虛擬振動試驗結(jié)果的可靠性。對被測試件的有限元模型進(jìn)行模型修正是整個虛擬振動試驗中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)是虛擬振動試驗結(jié)果有效性的重要保證，因此要求能夠在虛擬振動試驗系統(tǒng)的軟件環(huán)境完成與振動測試的相關(guān)性分析。被測試件有限元模型與振動臺模型的裝配被測試件有限元模型通過試驗相關(guān)性分析和模型修正后，可以與振動臺模型進(jìn)行裝配。4有限元開環(huán)方法中，被測試件的有限元模型與振動臺模型通過連接單元進(jìn)行裝配，連接單元用于模擬振動臺夾具；4多體動力學(xué)的閉環(huán)非線性方法中，被測試件的有限元柔性體模型與振動臺臺面通過運動副或柔性連接裝配。無論哪一種方法，模型裝配要能夠真實反映振動臺與試件之間的連接特性，包括剛度特性和阻尼特性等，從而保證臺面與試件之間的耦合關(guān)系準(zhǔn)確。振動試驗激勵信號的獲取、識別與修正振動激勵信號的正確定義在虛擬振動試驗中也至關(guān)重要。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月7

4有限元開環(huán)方法中，振動激勵信號可以方便地直接定義，獲取的途徑一般包括手冊查找、通過在飛試驗測量的振動響應(yīng)推導(dǎo)等。在實際振動測試中，往往不考慮振動臺面與被測試件之間的結(jié)構(gòu)耦合以及夾具本身的結(jié)構(gòu)特性，導(dǎo)致試驗結(jié)果的偏差。由于振動臺面與被測試件之間的耦合特性跟被測試件裝配在實際產(chǎn)品中的耦合特性不一致，即邊界條件不一致，因此必須對激勵信號進(jìn)行必要的修正。典型的修正過程可以通過系統(tǒng)級NVM方法。4多體動力學(xué)閉環(huán)方法中，一般借助于控制器，根據(jù)所需要的振動特性，如振動臺臺面響應(yīng)，通過閉環(huán)系統(tǒng)反饋調(diào)校電磁作動器的激勵信號得到。虛擬振動試驗的運行與后處理虛擬振動試驗的運行過程實際上是有限元或多體動力學(xué)的計算過程。在準(zhǔn)備好振動臺模型、被測試件模型，完成模型裝配并定義好振動激勵之后，可以通過求解器進(jìn)行計算得到虛擬振動試驗的結(jié)果。虛擬振動試驗后處理過程與典型的仿真后處理類似，可以在軟件環(huán)境中通過后處理功能獲取所需要的振動響應(yīng)，如位移、速度、加速度、應(yīng)力、應(yīng)變等。在典型振動試驗中所關(guān)心的振動響應(yīng)往往是其中幾個關(guān)鍵位置，為方便虛擬振動試驗的后處理，可以在軟件環(huán)境中定制專門的后處理環(huán)境，在完成計算后301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月匚二二RHGIKI'CiV上TIDY可以快速獲取所需要的關(guān)鍵位置響應(yīng)量。根據(jù)虛擬振動試驗的主要功能、建設(shè)目標(biāo)和構(gòu)建思路，實施虛擬振動試驗的理想軟件環(huán)境暨軟件選型要求可以歸納如下：系統(tǒng)級平臺。從建設(shè)目標(biāo)和實施思路可見，虛擬振動試驗系統(tǒng)涉及有限元建模、系統(tǒng)級NVH、多體動力學(xué)、控制與電磁系統(tǒng)仿真、剛?cè)狁詈戏治觥C(jī)電一體化分析、試驗相關(guān)性分析與模型修正、多學(xué)科優(yōu)化等，并且需要將這些學(xué)科結(jié)合起來，是一個典型的多學(xué)科綜合仿真問題，因此虛擬振動試驗的軟件實施環(huán)境應(yīng)該是能夠涵蓋這些學(xué)科的系統(tǒng)級平臺。多學(xué)科系統(tǒng)級平臺的優(yōu)點是一方面能夠在一個平臺中解決所有問題，并且能夠進(jìn)行多學(xué)科綜合仿真；另一方面能夠避免多學(xué)科綜合過程中復(fù)雜的數(shù)據(jù)傳遞和轉(zhuǎn)換，最大限度的避免數(shù)據(jù)和精度損失。虛捺振動試池系統(tǒng)虛捺振動試池系統(tǒng)仿真與試驗結(jié)合，相關(guān)性分析及混合仿真。虛擬振動試驗需要保證試件的有限元模型的準(zhǔn)確性，這可以通過試驗相關(guān)性分析和模型修正技術(shù)完成。因此需要虛擬振動試驗的軟件環(huán)境具備與試驗結(jié)合的能力，能夠進(jìn)行相關(guān)性分析。與301所現(xiàn)有CAD資源的匹配。虛擬振動試驗實施過程中需要建立振301所虛擬振動臺301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月r—Mm動臺和試件的仿真模型，無論哪種模型都是以CAD模型為基礎(chǔ)。為了提高仿真的精度和效率，虛擬振動試驗的軟件建模環(huán)境需要能夠與301所現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)匹配，保證上下游數(shù)據(jù)鏈的一致，避免CAD數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。具體來說就是建模軟件需要與301所現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)CATIA做到無縫集成。具備方便的定制功能。虛擬振動試驗的軟件環(huán)境應(yīng)當(dāng)能夠方便的進(jìn)行定制，如開發(fā)專用的振動試驗后處理環(huán)境等。多目標(biāo)多參數(shù)優(yōu)化和工程決策。虛擬振動試驗的最終目標(biāo)是根據(jù)試驗結(jié)果判斷設(shè)計方案的抗振性能和環(huán)境適應(yīng)性，并提出改進(jìn)方案直至優(yōu)化，這需要平臺具備較強(qiáng)的多目標(biāo)多參數(shù)優(yōu)化功能，幫助試驗人員進(jìn)行工程決策。虛擬振動試驗系統(tǒng)軟件環(huán)境的構(gòu)建需圍繞以上主題進(jìn)行，此為虛擬試驗系統(tǒng)的實施基礎(chǔ)。.2虛擬振動試驗系統(tǒng)組成架構(gòu)與支撐軟件通過多年在國內(nèi)外空天國防領(lǐng)域企業(yè)進(jìn)行虛擬振動試驗系統(tǒng)的實施和應(yīng)用，LMS公司在虛擬振動試驗方面積累了豐富的經(jīng)驗，是虛擬振動試驗領(lǐng)域的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者。LMS公司具備最理想的虛擬振動試驗軟件環(huán)境以及相應(yīng)的實施能力，基于以往的實施經(jīng)驗和301所的具體需求，LMS公司將為301所建立完整的虛擬振動試驗系統(tǒng)。虛擬振動試驗系統(tǒng)將基于LMSVirtual.Lab和AMESim平臺建立，Virtual.Lab結(jié)合AMESim是最為理想的虛擬振動試驗實施環(huán)境，這是因為：?LMS公司Virtual.Lab和AMESim相結(jié)合能夠完全滿足虛擬振動臺實施的多學(xué)科綜合仿真的要求。Virtual.Lab是完全集成的3維多學(xué)科分析環(huán)境，包括有限元、系統(tǒng)級振動、多體動力學(xué)、混合仿真、相關(guān)性分析和優(yōu)化在內(nèi)的功能均被集成到一個環(huán)境下，實現(xiàn)界面、數(shù)據(jù)的統(tǒng)一和無縫集成；AMESim是多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真的標(biāo)準(zhǔn)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)控制、電磁、電機(jī)驅(qū)動、液壓、氣動等在內(nèi)的多領(lǐng)域系統(tǒng)綜合建模；Virtual.Lab與AMESim的集成能力則能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬振動臺的機(jī)電閉環(huán)分析。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月10ENGINEERINGININDVAIION結(jié)構(gòu)分析振動分析動力學(xué)分析耐久性分祈結(jié)構(gòu)分析振動分析動力學(xué)分析耐久性分祈?LMS公司同時提供振動測試和虛擬仿真解決方案，并且虛擬仿真與振動測試能夠進(jìn)行完全的集成，實現(xiàn)仿真與試驗相關(guān)性分析以及混合仿真。將振動測試與虛擬振動臺結(jié)合是振動環(huán)境試驗的最佳解決方案，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在這一領(lǐng)域只有LMS公司能夠提供完整的技術(shù)方案。LMS公司軟件平臺與301所現(xiàn)有的CAD系統(tǒng)完全無縫集成。Virtual.Lab的界面環(huán)境基于CATIAV5系統(tǒng)開發(fā)，在界面、數(shù)據(jù)格式上均與CATIAV5一致。301所已采購LMS公司的振動模態(tài)測試系統(tǒng)，虛擬試驗臺采用LMS公司的方案能夠保證技術(shù)的延續(xù)性，保護(hù)已有投資；而且LMS公司的試驗與仿真技術(shù)是完全集成的。綜上，LMS公司具備最合適的軟件產(chǎn)品，最先進(jìn)的振動試驗技術(shù)，以及最豐富的實施經(jīng)驗，因此是實施虛擬振動臺項目的最佳選擇。典型振動環(huán)境試驗系統(tǒng)的主要組成包括：振動臺結(jié)構(gòu)與激勵系統(tǒng)閉環(huán)振動控制系統(tǒng)被測試件控旬黨與植拄對靠的幫吉,圈七，5■件控旬黨與植拄對靠的幫吉,圈七，5■件301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月11r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 虛擬振動臺系統(tǒng)的構(gòu)建過程與實際振動臺的組成結(jié)構(gòu)一致，即基于軟件環(huán)境分別建立振動臺結(jié)構(gòu)、振動控制與激勵系統(tǒng)、被測試件的模型，并將各部分進(jìn)行集成。在具體實現(xiàn)時有限元方法和多體動力學(xué)方法有所差別。前文已經(jīng)述及，虛擬振動臺系統(tǒng)的構(gòu)建有兩種方式，一種是基于線性有限元方法的開環(huán)建模，主要是進(jìn)行系統(tǒng)級振動分析；另一種是基于多體動力學(xué)和機(jī)電聯(lián)合仿真的閉環(huán)建模，主要是進(jìn)行機(jī)電耦合分析和剛?cè)狁詈戏治?。兩種方法可以結(jié)合起來，互為補(bǔ)充，應(yīng)用在不同的場合下。以下將分別討論兩種方法實現(xiàn)的系統(tǒng)架構(gòu)。? 線性有限元方法（系統(tǒng)級振動分析）線性有限元方法的系統(tǒng)框架如下圖所示，振動臺和試件的模型都是有限元模型，其本質(zhì)是復(fù)雜有限元裝配模型的強(qiáng)迫振動響應(yīng)分析。這其中需要Virtual.LabStructure、Correlation>NVH和Optimization等模塊參與，從下圖可以看出各模塊在線性有限元方法中所起的作用。4基于Virtual.LabStructure建立振動臺各部件或子結(jié)構(gòu)的有限元模型；心基于Virtual.LabStructure對振動臺各部件模型進(jìn)行裝配建模，具體可根據(jù)實際連接關(guān)系，分別通過節(jié)點合并、連接單元、多點約束、接觸建模等方法；4對振動臺模型進(jìn)行靜強(qiáng)度、模態(tài)等分析，檢驗其靜、動態(tài)特性；4基于Virtual.LabStructure建立試件的有限元模型。對試件進(jìn)行模態(tài)等分析；4在Virtual.LabCorrelation中基于試件有限元分析結(jié)果和試驗結(jié)果，進(jìn)行仿真和試驗的相關(guān)性分析，并進(jìn)一步對試件有限元模型進(jìn)行修正；4基于Virtual.LabNVH對振動臺模型和修正后的試件有限元模型進(jìn)行系統(tǒng)級強(qiáng)迫振動分析，得到虛擬試驗結(jié)果；4基于虛擬振動試驗結(jié)果，基于Virtual.LabOptimization進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月12

ENGIMEEAINGINN口VATI口N五培irr祜鼻\IrluuLLnbCwretaliont產(chǎn)曷性能優(yōu)優(yōu)irluuLD.Mh□plunlm\IrluuLLnbCwretaliont產(chǎn)曷性能優(yōu)優(yōu)irluuLD.Mh□plunlmMn禺ft試驗

fll聚IVstUV多體動力學(xué)結(jié)合系統(tǒng)仿真方法（機(jī)電綜合分析方法）機(jī)電綜合分析方法的系統(tǒng)框架如下圖所示，此方法涉及Virtual.LabMotion、為了實現(xiàn)真實完整的閉環(huán)控制，振動臺機(jī)械部分采用多體動力學(xué)方法建立模型，振動控制器和電磁作動部分均基于AMESim控制和電磁庫建立，通過AMESim與Virtual.Lab的無縫集成接口，將振動控制和電磁部分與振動臺實現(xiàn)閉環(huán)。301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月13INIM口VATIDN述件柔性困羯!VIStriicturA/WInTinn 期望加速度VL.blMiun裝配電說作動aMESim振動臺的多體動力學(xué)模型與振動控制模型以及電磁模型集成時，一方面振動臺模型將臺面的加速度響應(yīng)反饋給AMESim的控制器模型，與期望的加速度進(jìn)行比較，經(jīng)控制運算和放大后得到電壓信號，此電壓信號進(jìn)一步傳給電磁模型，從而產(chǎn)生相應(yīng)的振動激勵力。振動激勵力通過接口傳遞到VLMotion中的多體模型，施加在振動臺上，如此構(gòu)成閉環(huán)。在機(jī)電綜合方法中，試件的模型是柔性體模型，與振動臺的多體模型在VLMotion環(huán)境中進(jìn)行裝配和耦合分析。柔性體模型可以在VLMotionFlexibleBody環(huán)境或VLStructure環(huán)境中生成，同樣可以進(jìn)行試驗相關(guān)性分析和模型修正，已保證結(jié)果的精確性。機(jī)電綜合方法的好處是能夠建立完整的振動臺閉環(huán)模型，通過集成的多學(xué)科仿真，研究振動臺機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制律和控制器參數(shù)、電磁系統(tǒng)參數(shù)等，對振動臺各組成子系統(tǒng)進(jìn)行方案選型，是進(jìn)行振動臺設(shè)計的理想方法。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月14

-5.EMG1M回EHING1國附口VATI0N2.3虛擬振動試驗主要流程和步驟以下仍根據(jù)線性有限元方法和多體動力學(xué)方法分別闡述虛擬振動臺從本身的設(shè)計驗證到建立并完成虛擬振動試驗的流程。線性有限元方法線性有限元方法的建模流程如下圖所示?；诰€性有限元方法的虛擬振動臺典型建模流程包括:.基于Virtual.LabStructure建立振動臺的有限元模型Ip'.LS京■rJto_3-：' ■1-■?=；■■jet.fraSsl'iE4LILtEHiJJrqp1Ip'.LS京■rJto_3-：' ■1-■?=；■■jet.fraSsl'iE4LILtEHiJJrqp1-：- Te即l「UMLt*m+?irt_pt>_f7KrfF.i'i'*.b.kulfvhiIkdU中：：-k^i，力!ls*triitHS+JT--TJrd『1be，HkrFvi4efeIm.-,>*g：“以i*.lMe》。1r?^ j.JUIT_rj.Uf-7*內(nèi)由區(qū)占■和H|這號二?■<*-?。ぁ?->1.1型￥1EryPEkrujiad.1^Hl'urslruc.基于Virtual.LabStructure建立試件的有限元模型301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月15LM5EMGIMEERING1HH口VATIDN.通過Virtual.LabCorrelation/Updating進(jìn)行相關(guān)性分析和模型更新mywaimywai.將修正后的有限元模型進(jìn)行裝配，進(jìn)行強(qiáng)迫振動分析n?前白■￡n?前白■￡*E寄中電.氣上tSE七-kW5- 4'.*-多體動力學(xué)非線性方法（機(jī)電綜合分析）基于多體動力學(xué)的非線性方法虛擬振動臺典型建模流程包括:.基于Virtual.LabMotion建立振動臺機(jī)械部分模型301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月16

ENGIMEERINGIMN口VATI口N.基于VLMotion和VLStructure或MotionFlexibleBody建立試件的柔性體模型，并與振動臺機(jī)械部分多體模型集成，得到剛?cè)狁詈夏Ｐ?基于AMESim建立控制器和電磁系統(tǒng)模型4,將AMESim模型與VLMotion的振動臺和試件的剛?cè)狁詈夏Ｐ图?01所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月17

t—MmEMGIMEEHINGIMNDVRTIGN5,進(jìn)行閉環(huán)分析，分析在不同振動激勵下試件的響應(yīng)2.4關(guān)鍵技術(shù)點及其實現(xiàn)由虛擬振動臺的系統(tǒng)架構(gòu)和建模過程可見，綜合線性有限元方法和非線性機(jī)電閉環(huán)方法，實現(xiàn)虛擬振動臺建模和虛擬試驗的關(guān)鍵技術(shù)點包括以下幾個方面：振動臺和試件仿真模型的建立被測試件有限元模型的試驗相關(guān)性分析與模型修正振動試驗激勵信號的獲取、識別與修正振動臺多體動力學(xué)模型與振動控制和電磁模型的集成控制器參數(shù)的選擇與標(biāo)定LMSVirtual.Lab和AMESim是最理想的虛擬振動臺建模環(huán)境，這是因為Virtual.Lab和AMESim能夠極好地解決上述振動臺建模的關(guān)鍵技術(shù)。以下將簡單闡明虛擬振動臺幾個關(guān)鍵技術(shù)點的實現(xiàn)。振動臺和試件仿真模型的建立前文已經(jīng)述及，振動臺仿真模型的建立有兩種方法，即線性有限元方法和非線性多體動力學(xué)集成控制系統(tǒng)模型方法。線性有限元方法主要基于Virtual.LabStructure、Correlation/Updating、NVM完成;多體動力學(xué)方法主要基于Virtual.LabMotion、Structure和AMESim控制庫以及電磁庫完成，振動臺機(jī)械部分和控制部分的集成通過Virtual.Lab與AMESim的接口實現(xiàn)。被測試件有限元模型的試驗相關(guān)性分析與模型修正通過試驗數(shù)據(jù)對虛擬振動試驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行評估和分析，指出建模過程中誤差301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月18r—Mm匕巨KGIMEERINGIMNDVATIDM產(chǎn)生的原因，定義系統(tǒng)目標(biāo)和改進(jìn)仿真模型。通過專業(yè)的置信度準(zhǔn)則、置信度的貢獻(xiàn)量分析和頻響函數(shù)置信度準(zhǔn)則工具，進(jìn)行模型驗證和靈敏度分析，對置信度不高的模型進(jìn)行模型校正，從而得到真實可信的虛擬環(huán)境試驗?zāi)Ｐ停瑥亩鴮⑻摂M振動臺準(zhǔn)確的載荷與邊界條件輸出給試驗件，進(jìn)行虛擬振動試驗。具體流程如下圖所示：虛也模型1相關(guān)性分析和模型修正主要基于 Virtual.LabCorrelation/Updating虛也模型1相關(guān)性分析和模型修正主要基于 Virtual.LabCorrelation/Updating實現(xiàn)，Virtual.Lab與LMS測試信號處理系統(tǒng)Test.Lab完全無縫集成，能夠?qū)est.Lab的試驗數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入Virtual.Lab環(huán)境，與仿真模型進(jìn)行相關(guān)性分析。振動試驗激勵信號的獲取、識別與修正試件裝配在振動臺面上和裝配在實際產(chǎn)品上，其邊界條件不同，在進(jìn)行振動測試時往往沒有有效處理這一問題，沒有考慮到試件與臺面之間的耦合，導(dǎo)致過試驗或欠試驗問題。在進(jìn)行虛擬振動試驗時，可以通過Virtual.Lab系統(tǒng)級NVM分析，基于頻響函數(shù)的子結(jié)構(gòu)方法，考慮試件與實際產(chǎn)品、試件與臺面之間不同的耦合特性，對激勵信號進(jìn)行必要的修正。301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月19LMSEMGIMEERIHGIMN口VATIDNVirtual.LabFKF日口sedSubvlirtm■fra*'.*iirftifnVirtual.LabFKF日口sedSubvlirtm■fra*'.*iirftifn?振動臺多體動力學(xué)模型與振動控制和電磁模型的集成振動臺機(jī)械模型與控制模型的集成是通過Virtual.Lab與AMESim之間的無縫接口實現(xiàn)的，如下圖所示。Imagine.LabAMESim和Virtual.LabMotion具有無縫集成能力，兩者之間可以通過聯(lián)合仿真實時雙向傳遞狀態(tài)變量、模型導(dǎo)入和集成、求解器調(diào)用等多種方式實現(xiàn)閉環(huán)耦合仿真。在實際的閉環(huán)計算過程中，一方面，作動器單元從Imagine.LabAMESim的模型中得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的力或扭矩，并作用于Virtual.Lab的模型上；另一方面，傳感器單元同時從Virtual.Lab的模型中得到負(fù)載的動力學(xué)響應(yīng)，如位移、速度、加速度等，并返回給AMESim的控制模型。?控制器參數(shù)的選擇與標(biāo)定振動控制器的參數(shù)對施加正確的振動激勵和試驗質(zhì)量有重要作用，在振動301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月20ENGINEERINGIMN口VATIDN臺本身的設(shè)計過程中以及虛擬振動試驗過程中，都需要調(diào)節(jié)控制器參數(shù)以提高振動激勵的精度，獲得最佳試驗效果。在調(diào)節(jié)控制器參數(shù)時，可以通過Virtual.LabStableOptimization或AMESim中的參數(shù)研究StableOptimization或AMESim中的參數(shù)研究DOE功能以及優(yōu)化功能完成。i.t:?n";二2.5典型建模步驟示例以下以一個典型的6自由度振動臺有限元模型的創(chuàng)建和驗證過程為例簡要說明典型的虛擬振動臺建模步驟。振動臺部件CAD建?；贑AD軟件如CATIAV5建立振動臺各部件的CAD模型和裝配體，如下圖所示：網(wǎng)格劃分在Virtual.LabStructure中直接打開振動臺的幾何裝配體模型，調(diào)用網(wǎng)格劃分工具對各部件進(jìn)行分網(wǎng)，如下圖所示：301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月21口ERUHGINIMUVATIDN材料與單元屬性定義在Virtual.LabStructure中，定義各部件有限元模型的材料和單元屬性。有限元裝配與聯(lián)接在Virtual.LabStructure中，對各部件的有限元模型進(jìn)行裝配，分別通過節(jié)點合并、連接單元定義、多點約束、接觸定義等方式，這樣可以模擬部件之間的連接關(guān)系，如靜壓軸承等。邊界條件與工況定義在Virtual.Lab中定義邊界條件和工況。301所虛擬振動臺在Virtual.Lab中定義邊界條件和工況。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月22計算對振動臺進(jìn)行靜強(qiáng)度、模態(tài)和強(qiáng)迫振動響應(yīng)等計算。輸出結(jié)果與后處理在Virtual.Lab中，調(diào)入計算結(jié)果，進(jìn)行后處理，下圖所示為模態(tài)計算結(jié)果的前三階振型圖。Motkl.0.05Hz Mode2h61.2Hz Mode3h613Hz結(jié)論根據(jù)計算結(jié)果，得出振動臺靜、動態(tài)結(jié)構(gòu)特性，以此判斷其設(shè)計方案是否滿足振動試驗的要求。3實施計劃3.1軟件配置方案實施虛擬振動試驗系統(tǒng)的支撐軟件和模塊包括Virtual.LabMotion、Virtual.LabStructure>Virtual.LabNVH、Virtual.LabCorrelation>Virtual.LabOptimization和AMESim控制、液壓、電磁、電機(jī)庫等，建議軟件配置方案如下表所示。軟件及版本模塊類別模塊套數(shù)Imagine.LabAMESimR9A基本功能模塊IL-AME.05.1AMESimExpert1IL-TOL.11.1LMSImagine.LabAMEAnimation1軟件接口IL-INT.01.1MathworksSimulinkInterface1IL-DSS.10.1Hydraulic1IL-DSS.11.2HydraulicComponentDesign1IL-DSS.41.1Pneumatic1301所虛擬振動臺LMS建議書 2010年3月 23EMGIHEEAEIHGIN周口VATIUN專業(yè)庫Virtual.LabR9A桌面和幾何接口Motion機(jī)構(gòu)動力學(xué)Structure結(jié)構(gòu)有限元Correlation相關(guān)性分析NVH振動分析Optimization優(yōu)化IL-DSS.42.2PneumaticComponentDesign1IL-DSS.52.1PlanarMechanical1IL-DSS.51.1Powertrain1IL-DSS.60.1日ectromechanical1IL-DSS.61.2ElectricMotors&Drives1VL-HEV.22.1LMSVirtual.LabPremiumDesktop1VL-GEO.11.2LMSVirtual.LabSTEPInterface1VL-MOT.33.2LMSVirtual.LabMotion1VL-MOT.72.2LMSVirtual.LabFlexibleBodies1VL-MOT.73.3LMSVirtual.LabFlexibleBodiesAdvanced1VL-MOT.63.2LMSVirtual.LabSystemsandControls1VL-MEP.25.2LMSVirtual.LabGears1VL-MOT.20.2LMSVirtual.LabCATIAV5KinematicsTransfer1VL-STR.32.2LMSVirtual.LabMeshing1VL-STR.42.3LMSVirtual.LabGeometryCreation1VL-MDP.02.3LMSVirtual.LabMeshEditing1VL-MDP.10.3LMSVirtual.LabAssembly1VL-COR.03.2LMSVirtual.LabCorrelation1VL-NVC.35.2LMSVirtual.LabSystem-LevelNVH1VL-NVP.11.2LMSVirtual.LabLoadIdentificationAnalysis1VL-NVP.21.2LMSVirtual.LabRandomNVHAnalysis1VL-OPT.22.2LMSVirtual.LabOptimization1VL-OPT.35.3LMSVirtual.LabAdvancedOptimization1各模塊功能說明和報價將在另附的正式報價表中說明。3.2實施內(nèi)容與實施步驟LMS公司不僅提供建立虛擬振動試驗系統(tǒng)所需要的理想軟件環(huán)境，更能夠向客戶提供高質(zhì)量的工程咨詢服務(wù)，一方面幫助客戶建立虛擬振動試驗系統(tǒng)的模301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月24r—MmEKGIMEERINGIMiWVATIOIN型，另一方面可以將LMS公司在振動測試和虛擬試驗方面的經(jīng)驗傳遞給客戶，幫助客戶建立虛擬振動試驗的標(biāo)準(zhǔn)方法、流程，形成虛擬振動試驗的實施能力，提高整個振動環(huán)境試驗方面的技術(shù)水平。LMS擁有一支具有豐富工程經(jīng)驗的咨詢與服務(wù)團(tuán)隊，可以提供專業(yè)的工程咨詢、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、合作開發(fā)、項目實施等服務(wù)。LMS咨詢與服務(wù)團(tuán)隊可以與用戶一道，基于國外同行的合作經(jīng)驗，進(jìn)行虛擬振動臺項目實施，幫助301研究所盡快開展應(yīng)用并取得效益。根據(jù)虛擬振動試驗系統(tǒng)的功能和特點，以及當(dāng)前301研究所已經(jīng)具備的振動環(huán)境試驗方面資源和設(shè)施，LMS公司建議按照以下步驟和流程為301研究所實施虛擬振動試驗系統(tǒng)。?對301所現(xiàn)有振動環(huán)境試驗已具備的人員配置、資源、設(shè)備和試驗類型等進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，雙方在項目前期進(jìn)行充分交流，確定實施策略；?用例選擇與確定；心通過雙方協(xié)商，確定以301研究所的某一振動臺為例進(jìn)行項目實施；4LMS公司將與301所一起進(jìn)行詳細(xì)討論，選擇一個有代表性的、成熟度較高的典型用例；4雙方將討論確定該用例當(dāng)前的開發(fā)流程和試驗方法，確定通過虛擬振動臺項目所期望實現(xiàn)的方法和流程；4LMS公司將基于所選擇的用例幫助301所實施虛擬振動臺項目，并幫助301所建立健全相關(guān)的工具、設(shè)備、方法和流程；4基于該用例所實施的方法和流程，301所可以逐步推廣到其它振動臺和振動試驗應(yīng)用當(dāng)中。?業(yè)務(wù)需求分析與實施路線定義；4基于所選擇的用例，LMS公司將對301所在該用例上的具體業(yè)務(wù)需求進(jìn)行詳細(xì)分析，雙方討論確定實施路線。?項目的分階段實施4虛擬振動臺的軟件環(huán)境安裝和部署。LMS公司為301所安裝和部署實施虛擬振動臺所需要的軟件環(huán)境，LMS公司建議的軟件模塊參見301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月25

—Mm節(jié)“軟件配置方案”；心第一階段可實施線性有限元方法。LMS幫助301所建立振動臺、試件有限元模型，并建立完整的虛擬振動試驗?zāi)Ｐ?；完成有限元模型的相關(guān)性分析和模型更新；基于線性有限元模型評價振動臺設(shè)計，執(zhí)行振動試驗；試驗結(jié)果的后處理與評價；心第二階段可實施閉環(huán)機(jī)電綜合方法。LMS幫助301所建立完整的振動臺閉環(huán)模型，包括控制器、電磁執(zhí)行系統(tǒng)、振動臺機(jī)械部分、試件的柔性體模型等；進(jìn)行控制器的參數(shù)確定和調(diào)試；試件柔性體模型的Correlation；控制模型與機(jī)械模型的集成；閉環(huán)分析與虛擬振動試驗；試驗結(jié)果評價。心定制必要的專用界面或仿真環(huán)境。模型交付、用戶培訓(xùn)、技術(shù)轉(zhuǎn)讓。交付振動臺模型，包括線性有限元模型和閉環(huán)模型；基于實施的模型，LMS對301所項目人員進(jìn)行針對性的培訓(xùn)；LMS公司將幫助301所將該用例的方法和流程擴(kuò)展推廣到其它振動臺項目或振動試驗上；項目總結(jié)與驗收。通過階段性的實施，LMS公司將幫助用戶逐步實現(xiàn)和交付：根據(jù)項目實施階段要求，開發(fā)并及時交付所選用例的虛擬振動臺模型；幫助301所逐步建立并具備虛擬振動臺建模的技術(shù)、方法、流程和相關(guān)工具，即進(jìn)行虛擬振動臺的技術(shù)轉(zhuǎn)讓；幫助定制并交付必要的專用仿真環(huán)境和界面等；幫助301所將當(dāng)前用例的方法和流程轉(zhuǎn)移到其它振動臺或振動試驗項目上。在實施過程中，LMS公司將為用戶提供各種不同層次的技術(shù)支持：幫助用戶建立虛擬振動臺的部件和完整系統(tǒng)模型提供虛擬振動臺的技術(shù)方法、經(jīng)驗和最佳實踐各類培訓(xùn)4標(biāo)準(zhǔn)/基本培訓(xùn)，即軟件入門培訓(xùn)4理論培訓(xùn)，主要內(nèi)容為軟件相關(guān)的基本理論和技術(shù)基礎(chǔ)301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月26r—Mm4專業(yè)應(yīng)用培訓(xùn)，此為專門針對某一實際問題或應(yīng)用領(lǐng)域的培訓(xùn)，通過對實際問題的詳細(xì)討論和練習(xí)，可掌握一類問題的處理方法和流程4客戶定制化培訓(xùn)，根據(jù)客戶要求提供針對性的培訓(xùn)各類必要建模工具和設(shè)備，包括軟件平臺和硬件設(shè)備4虛擬振動臺系統(tǒng)國內(nèi)外成功用戶國外航空航天領(lǐng)域的制造商或研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展多年的虛擬振動臺方面的投資和研究，在虛擬振動試驗技術(shù)方面取得了很多成果，虛擬振動試驗的應(yīng)用也產(chǎn)生了較大的企業(yè)效益。LMS公司已經(jīng)與多家重要航空航天領(lǐng)域的用戶進(jìn)行合作，開展虛擬振動臺建模的實施工作，幫助用戶建立其虛擬振動臺系統(tǒng)，提升技術(shù)水平，進(jìn)一步拓展虛擬振動試驗的應(yīng)用。在國外航空航天領(lǐng)域，虛擬振動試驗開展較有代表性的企業(yè)包括NASA、Lockheed>Ai由us、ESA歐洲航天局和ESTEC歐洲航天研究與技術(shù)中心等。目前國外航空航天企業(yè)的虛擬振動臺技術(shù)，已經(jīng)從基于線性有限元技術(shù)，逐步發(fā)展到仿真與試驗的混合建模，再進(jìn)一步拓展到非線性的閉環(huán)機(jī)電系統(tǒng)集成仿真技術(shù)。在虛擬振動臺技術(shù)方面已有較多的學(xué)術(shù)論文發(fā)表。在國內(nèi)航空航天領(lǐng)域，近年來相關(guān)企業(yè)也逐步加大了對虛擬振動試驗技術(shù)的重視和投入，很多企業(yè)或高校都正在積極進(jìn)行虛擬振動試驗方面的技術(shù)探索，并且已經(jīng)取得了初步成果和較為顯著的效益，較有代表性的企業(yè)或高校包括511所、航天6院11所、航天3院3部、西安交大航天航空學(xué)院等，這些單位都與LMS公司進(jìn)行了緊密的合作。以下簡要介紹LMS虛擬振動臺技術(shù)在國內(nèi)外航空航天領(lǐng)域的較有代表性的應(yīng)用，供301所參考。Airbus虛擬振動臺應(yīng)用空客是航空領(lǐng)域較早開展虛擬試驗研究和應(yīng)用的企業(yè)之一，通過與LMS公司合作極大的推動了其虛擬試驗技術(shù)的水平，拓展和豐富了應(yīng)用領(lǐng)域?？湛团cLMS合作開發(fā)了很多虛擬試驗項目，其中有代表性的應(yīng)用包括A380襟翼系統(tǒng)虛擬試驗、A400M垂尾虛擬試驗、整機(jī)級虛擬GVT試驗等。4A380襟翼系統(tǒng)虛擬試驗（增升裝置試驗）301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月27

ENGIMEERIIMGIHNDVATI口Nl襟翼系統(tǒng)試驗主要目的是確定:1）彈性結(jié)構(gòu)在極限工況下的位移變形2）彈性結(jié)構(gòu)邊界條件下，機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運行的可靠性過去空客主要通過增升裝置試驗來對襟翼系統(tǒng)進(jìn)行檢驗（如設(shè)在不來梅的增升裝置試驗中心），LMS公司基于Virtual.Lab幫助空客建立了襟翼系統(tǒng)的虛擬試驗環(huán)境，通過虛擬試驗有效減少了原有試驗的周期和成本。A400M垂尾極限載荷A400M垂尾極限載荷（StaticLimitLoadTesting）虛擬試驗空客在A400M的垂尾極限載荷試驗中，基于LMSVirtual.LabMotion、Structure和AMESim，通過LMS機(jī)電系統(tǒng)閉環(huán)仿真技術(shù)，建立了垂尾極限載荷虛擬試驗系統(tǒng)。301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月28LMSEHGIMEERINCIMNDVATIDNReafcticmodtelcf與2啊。ogteatrigReafcticmodtelcf與2啊。ogteatrigBiasedcoImanne.LabA.UESkn心整機(jī)級虛擬GVT試驗空客一直采用LMS測試系統(tǒng)進(jìn)行GVT試驗，目前基于LMSNVM混合仿真技術(shù)和相關(guān)性分析方法，建立了虛擬GVT試驗系統(tǒng)，顯著提高了分析的準(zhǔn)確性和GVT試驗的效率。這一系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在A340-600、A340-500、A318等機(jī)型中。?ESTEC（歐洲航天研究與技術(shù)中心）虛擬振動臺應(yīng)用ESA歐洲航天局和ESTEC歐洲航天研究與技術(shù)中心通過振動試驗檢驗航天器大型結(jié)構(gòu)的抗振能夠和振動敏感性，下圖即為ESA的結(jié)構(gòu)振動測試試驗臺。301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月29在建立虛擬振動試驗臺之前，ESA在建立虛擬振動試驗臺之前，ESA的振動試驗主要依賴其振動環(huán)境試驗室完成，試驗準(zhǔn)備的周期較長、成本高，而且存在過試驗等試驗風(fēng)險。為了能夠在振動試驗之前盡可能了解結(jié)構(gòu)特性，做好振動試驗準(zhǔn)備，降低試驗風(fēng)險，替代一部分振動試驗，ESA與LMS工程咨詢部門合作，基于LMS軟件平臺建立其虛擬振動臺系統(tǒng)。下圖為LMS為ESA所建立的振動臺模型，包括簡化的集中參數(shù)建模方法、多體動力學(xué)建模方法和有限元裝配建模方法。筒.易安上 底空￡1員型 里復(fù)雜療一基于振動臺和試件的有限元裝配模型，可以分析整體的模態(tài)等特性:筒.易安上 底空￡1員型 里復(fù)雜療一基于振動臺和試件的有限元裝配模型，可以分析整體的模態(tài)等特性:301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月30LMSENGIMEERINGIMNCVATgIN基于Virtual.Lab和AMESim,LMS還幫助ESA建立了完整的振動臺閉環(huán)模型，如下圖所示:ESA的虛擬振動臺試驗結(jié)果和相應(yīng)的振動激勵:0.IDPkT ￡|苴周F*E?IM*HftJ弋Ry魂事事t*n0□qIF*E?IM*HftJ弋Ry魂事事t*n0□qI1Z1ilJM94*l皿陶kmsm~ci即dsnhJ|i - ie ink：r^|：i301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月31—Mm匚卜」-1卜」二二RHN1卜」上口\，上11口"ESA/ESTEC發(fā)表的虛擬振動臺論文：M.Appoloni&A.Cozzani.Virtualtestingsimulationtoolforthenewquadheadexpanderelectrodynamicshaker.InProceedingsofthe6thInternationalSymposiumonEnvironmentalTestingfortheSpaceProgrammes,ESA/ESTEC,Noordwijk,TheNetherlands,12-14June2007.511所虛擬振動臺應(yīng)用5院511所開展振動試驗的基礎(chǔ)設(shè)施雄厚、起步較早，近年在振動試驗的技術(shù)發(fā)展上遇到瓶頸，在對國內(nèi)外同行和最新技術(shù)發(fā)展動態(tài)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研后，即開始著手建立自己的虛擬環(huán)境試驗系統(tǒng)。下圖為511所的某虛擬振動試驗項目，該項目目的是：第一，防止過載，將非破壞性試驗變成破壞性試驗，損傷試驗品；第二，為了節(jié)省試驗成本和時間，試驗方案的選擇是非常關(guān)鍵的，而且是非常耗時間的，通過虛擬振動臺的仿真，在正式試驗之間能夠得到被測對象的特性，可以更好地為試驗做準(zhǔn)備并制定試驗策略，從而可以大大加快試驗進(jìn)程；第三，通過虛擬振動臺的試驗，得到比實際試驗更多的試驗信息，對試件進(jìn)行耐久性和可靠性方面的仿真。某虛擬振動試驗項目的振動臺與試件裝配模型：■琦1■■酢，■:?丐1 ■琦1■■酢，■:?丐1 tfli-；,?『qyi”T一］111M丁「加振動響應(yīng)計算結(jié)果:301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月32EMGIM壓EHINGINI周口MATIDM301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月33EMG1MEEH[INGIMNDVATI0M5虛擬振動臺軟件平臺簡介LMS國際公司，總部位于比利時魯文，為全球最大的集試驗系統(tǒng)、虛擬仿真平臺于一體的工程解決方案供應(yīng)商，以其獨特的測試與仿真相結(jié)合的整體解決方案，為航空航天、汽車、船舶和其它制造領(lǐng)域的合作伙伴提供工程創(chuàng)新服務(wù)。LMS公司的產(chǎn)品涵蓋試驗系統(tǒng)、1D多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真、3D集成多學(xué)科仿真平臺、試驗和CAE數(shù)據(jù)管理、企業(yè)流程集成和多學(xué)科優(yōu)化系統(tǒng)在內(nèi)的完整架構(gòu)，可以幫助用戶解決從產(chǎn)品概念設(shè)計、方案設(shè)計到詳細(xì)設(shè)計直至試驗驗證的整個生命周期內(nèi)的工程難題，如機(jī)構(gòu)設(shè)計與動力學(xué)分析、控制/液壓/電機(jī)驅(qū)動等電液系統(tǒng)設(shè)計、機(jī)電一體化分析、結(jié)構(gòu)有限元分析、振動噪聲分析、疲勞耐久性分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、模態(tài)測試、模型修正、多學(xué)科優(yōu)化，等等?；贚MS所提供的虛擬仿真和試驗系統(tǒng)，各領(lǐng)域的制造商可以快速設(shè)計、分析、驗證并優(yōu)化產(chǎn)品方案，獲得最優(yōu)的產(chǎn)品品質(zhì)，加快產(chǎn)品研發(fā)進(jìn)程，節(jié)省時間和成本。LMS公司產(chǎn)品體系與解決方案LMS公司的虛擬仿真軟件主要包括1D多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真環(huán)境Imagine.LabAMESim和3D集成多學(xué)科仿真平臺Virtual.Lab。5.1Imagine.LabAMESim多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真平臺Imagine.LabAMESim是當(dāng)前CAE領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的一維多領(lǐng)域仿真平臺，它基于動態(tài)建模方法建立物理元件的數(shù)學(xué)模型，提供面向眾多學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)應(yīng)用庫，包括控制、液壓、氣動、熱、多相流、空調(diào)與冷卻系統(tǒng)、電子電力、電磁、301所虛擬振動臺LMS建議書 2010年3月 34匚H口IH二二RHGIM40”口TI凸N機(jī)械與動力傳動、車輛動力學(xué)、內(nèi)燃機(jī)，等等。這些專業(yè)庫和庫元件都經(jīng)過了大量工程檢驗。用戶只需要根據(jù)系統(tǒng)組成，把來自各專業(yè)庫的預(yù)定義好的物理元件模型連接和組裝起來，即可創(chuàng)建完整的系統(tǒng)模型，AMESim可自動形成系統(tǒng)方程，并進(jìn)行穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)或頻響計算，分析系統(tǒng)性能；通過AMESim集成的參數(shù)研究與優(yōu)化工具或LMS公司專業(yè)的多學(xué)科優(yōu)化系統(tǒng)Optimus，用戶可以進(jìn)一步對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，找到達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)計方案。多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真技術(shù)與AMESim平臺，非常適合在產(chǎn)品方案設(shè)計階段，在獲得詳細(xì)的幾何模型前，進(jìn)行整體方案設(shè)計和選型。AMESim提供強(qiáng)大的二次開發(fā)能力，用戶可以開發(fā)自己的專業(yè)庫或元件模型，亦可集成其已有的in-house代碼和程序。AMESim的代碼生成能力在同類軟件中首屈一指，優(yōu)異的代碼生成與優(yōu)化能力，使其可以方便地將系統(tǒng)模型生成實時代碼，在設(shè)計驗證階段進(jìn)行硬件在環(huán)等半實物仿真，對控制系統(tǒng)設(shè)計方案進(jìn)行驗證，整定系統(tǒng)參數(shù)。301所虛擬振動臺LMS建議書 2010年3月 35EMGIM日ERMUGIMINOVATIDN3。個應(yīng)用庫3500多個多領(lǐng)域模型控制檸洞系迎川時埼箝si-Hi液丹今3。個應(yīng)用庫3500多個多領(lǐng)域模型控制檸洞系迎川時埼箝si-Hi液丹今■動舟惆與空催夫.T-.田下美事此氣無摹靖興千輛招吉理力也用坪士A」C事:蚌坤中控制德牌電池，電恚電站,IjKjhT1機(jī)電電機(jī)叫L電子.電18電..件防堵機(jī)優(yōu)1D?LtfSa■動4，雨的力手發(fā)動機(jī)學(xué)司I別療潤，趙七雄立型搟，七邊Imagine.LabAMESim多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真平臺LMLMSImagine.LabAMESim應(yīng)用庫用戶可以采用來自流體、熱、機(jī)械、機(jī)電、動力傳動等不同物理領(lǐng)域，預(yù)先定義并經(jīng)過驗證的元件所組成的大量應(yīng)用庫在LMSImagine.LabAMESim平臺創(chuàng)建系統(tǒng)仿真模型。通過這些應(yīng)用庫創(chuàng)建仿真模型無需編寫額外的代碼，開發(fā)團(tuán)隊可以便捷、準(zhǔn)確地建立涵蓋多個領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)模型，加速了模型的創(chuàng)建過程，從而釋放出更多的有效工程時間以優(yōu)化設(shè)計。LMSImagine.LabAMESim應(yīng)用庫元件都經(jīng)過完整地驗證，由此確保了仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過連接應(yīng)用庫中的元件，用戶可以創(chuàng)建一個簡潔易懂的方案圖，為需要分析的系統(tǒng)模型提供一個合理的圖形表達(dá)。并且系統(tǒng)中每個元件都有不同復(fù)雜程度的模型可供選擇，參數(shù)和單位通過簡單的交互方式進(jìn)行設(shè)置，為建立系統(tǒng)模型提供了有效的手段，并且可以積累，再使用和共享那些植入在模型中的工程知識。LMSImagine.LabAMESim允許用戶在開發(fā)階段的早期從簡化的模型開始進(jìn)行分析，并隨著可用的設(shè)計數(shù)據(jù)越來越多可以逐漸細(xì)化模型。AMESim的應(yīng)用庫中的元件是要么是面向應(yīng)用的專用模塊，要么是基于物理現(xiàn)象描述的基本模塊。這樣使得一方面保證用戶可以從預(yù)建的應(yīng)用模型開始建模，又為新技術(shù)和革新方案的分析提供了靈活性。除了AMESim的應(yīng)用庫之外，用戶還可以創(chuàng)建和擴(kuò)充自己的應(yīng)用庫。AMESet旨在幫助用戶編寫具有良好文檔的，規(guī)范的，可重復(fù)使用的及易于維護(hù)的模型應(yīng)用庫。通過遵循簡單規(guī)則，用戶的自創(chuàng)建的模型庫可以完全兼容現(xiàn)有的AMESim模型，并自動地在各個所支持平臺上移植。LMS同時提供廣泛的服務(wù)能力以開發(fā)專用的元件和定制應(yīng)用庫。301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月36r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 已發(fā)布的AMESim應(yīng)用庫元件涵蓋了大量的物理領(lǐng)域和工程應(yīng)用：=>Control:signal,control&observers控制類：信號、控制與觀察器庫=>Electromechanical:electricmotors&drives,electrical,electromechanical電磁類：電機(jī)及驅(qū)動庫，電子庫，電磁庫=>Fluid:hydraulic,hydrauliccomponentdesign,hydraulicresistance,filling,pneumatic,pneumaticcomponentdesign,gasmixture流體類：液壓庫，液壓元件設(shè)計庫，液阻庫，注油庫，氣動庫，氣動元件設(shè)計庫，混合氣體庫4InternalCombustionEngine:IFPDrive,IFPEngine,IFPExhaust,IFPC3D內(nèi)燃機(jī)類：IFP駕駛庫，IFP發(fā)動機(jī)庫，IFP排放庫，IFPC3D三維燃燒計算模塊4Mechanical:1-Dmechanical,planarmechanical,powertrain,vehicledynamics機(jī)械類：一維機(jī)械庫，平面機(jī)構(gòu)庫，傳動庫，車輛動力學(xué)庫4Thermal:thermal,thermal-hydraulic,thermal-hydrauliccomponentdesign,thermalpneumatic,two-phaseflow,airconditioning,coolingsystem,heatexchanger熱學(xué)類：熱庫，熱液壓庫，熱液壓元件設(shè)計庫，熱氣動庫，兩相流庫，空氣調(diào)節(jié)庫，冷卻系統(tǒng)庫，換熱器庫CLMSImagine.LabAMESim工具LMSImagine.LabAMESim提供了大量的工具不僅僅優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，而且優(yōu)化完整設(shè)計過程設(shè)計的各個關(guān)鍵層面。除了其杰出的設(shè)計優(yōu)化功能之外，用戶可以分析多領(lǐng)域系統(tǒng)，圖形化演示仿真結(jié)果以及生成定制的HTML報告。前處理和后處理工具包括AMETable-可以處理N維數(shù)據(jù)表格并創(chuàng)建N維數(shù)據(jù)表格的3維圖形和AMEPlot-用于顯示復(fù)雜圖示的工具。AMEAnimation：創(chuàng)建3D動畫AMEAnimation是創(chuàng)建任何AMESim仿真3維動畫的方便工具。在AMEAnimation中，用戶可以簡單地創(chuàng)建實體并把仿真和實體鏈接起來。用戶可以根據(jù)所設(shè)置的用于演示仿真結(jié)果的參數(shù)方便地可視化物理元件的特性。分析工具：深入理解系統(tǒng)特性分析工具，例如快速傅立葉轉(zhuǎn)換（FFT），頻譜圖，線性分析，階次分析和活性指數(shù)，有助于解釋系統(tǒng)的特性，通過突出主要的動態(tài)特性，用戶可以控制模301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月37

r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 型的精確程度從而簡化建模過程。線性分析也可以幫助用戶獲得足夠的系統(tǒng)內(nèi)在特性。AMESim提供了一套綜合的方法：特征值，模態(tài)，根軌跡以及通過伯德圖、尼科爾斯圖以及奈奎斯特圖反映的傳遞函數(shù)表示。LMSImagine.LabOPTIMUS探索參數(shù)空間和優(yōu)化設(shè)計在多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真的世界中，1D的領(lǐng)域可能是設(shè)計探索技術(shù)得以最有效發(fā)揮的地方。無論是用于設(shè)計還是驗證，系統(tǒng)模型可以提供全局參數(shù)訪問因此可以直接影響設(shè)計決策。LMSImagine.LabOPTIMUS是一款設(shè)計優(yōu)化軟件，可以捕捉并管理LMSImagine.Lab的仿真流程。通過試驗規(guī)劃（DOE）和響應(yīng)面模型功能（RSM），OPTIMUS能夠輔助用戶進(jìn)行快速實驗空間探索，深入洞察可能的設(shè)計方案。試驗規(guī)劃（DOE）允許參數(shù)放映并幫助在設(shè)計空間中確定最佳的一組試驗，從而以最低的成本和最高的精確性獲取最多的系統(tǒng)信息。受益于NoesisOPTIMUS公司尖端的局部、全局以及多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)，LMSImagine.LabOPTIMUS可以找到最佳的設(shè)計變量組合，即滿足所有的約束條件，同時使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)。通過考慮LMSImagine.LabAMESim設(shè)計輸入?yún)?shù)的偏差來評估和優(yōu)化設(shè)計響應(yīng)，LMSImagine.LabOPTIMUS提供了魯棒性和可靠性分析手段。并行處理：最大發(fā)揮CPU的性能通過單一的處理器，設(shè)計探索或者批處理運行可能需要花費大量時間。在這種情況下，最好的方法就是采用多個處理器。LMSImagine.LabAMESim提供了名為MPICH的工具來進(jìn)行并行的計算。該選項是處理魯棒性設(shè)計運行方便得多的方法。它采用連接成網(wǎng)絡(luò)的獨立的多個處理器完成計算。分配分割計算：超越夢想的仿真分配分割計算對于特定類型的液壓系統(tǒng)，例如燃油噴射系統(tǒng)，自動變速器控制系統(tǒng)以及ABS等，可以極大地縮短仿真計算時間的技術(shù)。分配分割計算采用天然的物理離散通訊來生成適合于共仿真卻不丟失精度的模型。它利用了液壓管道中的波動傳遞的物理特性。CLMSImagine.LabAMESim接口LMSImagine.LabAMESim為控制，實時仿真，多體仿真，過程集成和設(shè)計優(yōu)化等第三方軟件提供了廣泛的接口。LMSImagine.LabAMESim同時提供一個通用共仿真接口以連接多領(lǐng)域系統(tǒng)仿真和任何一種三維動態(tài)模型，例如計算流體動力仿301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月38r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 真或有限元分析。這使得LMSImagine.LabAMESim可以無縫地集成到數(shù)字開發(fā)過程中。腳本：自動處理復(fù)雜極重復(fù)性任務(wù)這是節(jié)省時間的功能，LMSImagine.LabAMESim提供了一套綜合的腳本語言可以支持在高級抽象語言如Python，Matlab，Scilab，MicrosoftExcel以及VisualBasicApplication中的編程，使得匹運行的模型交互自動化，完成復(fù)雜自動的前處理以及將AMESim的模型集成到外部應(yīng)用程序中?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計：最大的交互LMSImagine.LabAMESim是完整工程系統(tǒng)仿真平臺而Mathworks的Simulink是事實上的控制設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)平臺。如何將兩者連接起來？點對點的AMESim-Simulink接口提供了簡單易用的高效工具用于將AMESim的工程物理模型和Simulink的控制系統(tǒng)模型連接起來。通過簡單的模型交換，用戶可以從在控制系統(tǒng)團(tuán)隊和系統(tǒng)工程團(tuán)隊之間高效的通訊深深獲益，避免了為各種平臺重復(fù)建立多領(lǐng)域系統(tǒng)模型的工作。此外，BlackboxExport選項允許用戶為Simulink輸出獨立于AMESim的模型。這方便了在采用Simulink的供應(yīng)商，客戶和其它內(nèi)部部門之間共享模型而無需重建模型本身。實時：從高度可信的模型到HiL仿真實時選項使得用戶可以輸出AMESim模型到實時硬件目標(biāo)機(jī)中進(jìn)行硬件在環(huán)仿真（HiL）。這使得可以在安裝到真實系統(tǒng)前進(jìn)行ECU測試，在開發(fā)過程的早期消除暇痣。通過AMESim的實時功能，創(chuàng)建實時仿真模型更簡單更快速。避免了由開發(fā)后期帶來的不確定性進(jìn)而極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。多體：和3D機(jī)械系統(tǒng)可變維度的仿真過程物理系統(tǒng)通常是由不同的元件在一起工作，例如氣動，機(jī)械，液壓，電氣以及控制系統(tǒng)。在單一的建模軟件包中很難有效地處理多專業(yè)系統(tǒng)和復(fù)雜多體系統(tǒng)之間的交互作用。這就是為什么AMESim可以和專用的多體軟件包連接的原因，例如LMSVirtual.LabMotion和MSC.ADAMS。由LMSImagine提供的的多體軟件接口使得這些子系統(tǒng)可以在各自的環(huán)境中方便地建模并且通過模型輸出工具或者供仿真方式完成聯(lián)合仿真。過程集成：橫跨工程專業(yè)的自動仿真301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月39r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 除了自身的設(shè)計探索工具，AMESim為用戶提供了通過AMEPilot實現(xiàn)的額外的與NoesisOPTIMUS以及iSIGHT的接口。AMEPilot為LMSImagine.LabAMESim的用戶提供了從外部啟動AMESim模型的便捷途徑。采用該工具，從外部修改仿真參數(shù)和獲取用于后處理的仿真結(jié)果非常方便。AMESim的Export模塊可以以適合AMEPilot的格式設(shè)置參數(shù)。共仿真：CAE軟件集成共仿真意思是兩個模型分別在它們各自的仿真環(huán)境（包括求解器）中仿真，但是通過給定的時間間隔通訊。通用的共仿真接口主要用于建立和第三方軟件，例如CFD的共仿真，當(dāng)然也可以用于AMESim-AMESim并行共仿真。建模語言：AMESim授權(quán)支持開放源Modelica語言Modelica是面向?qū)ο蟮慕ＵZ言，用于多學(xué)科專業(yè)系統(tǒng)建模。LMS是該語言協(xié)會負(fù)責(zé)語言改進(jìn)和制定標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)隊的核心成員。LMSImagine.LabAMESim可以輸入Modelica模型并將其和AMESim應(yīng)用庫中模型連接起來，確保用戶已經(jīng)在Modelica應(yīng)用庫開發(fā)上的投資。5.2Virtual.Lab多學(xué)科3維虛擬樣機(jī)仿真平臺Virtual.Lab是一體化多學(xué)科3D仿真平臺，它提供集成的仿真環(huán)境，包含完整的結(jié)構(gòu)、振動、聲學(xué)、多體動力學(xué)、疲勞、混合仿真分析、優(yōu)化設(shè)計等分析能力，是全球第一個能夠?qū)⒍鄬W(xué)科分析完全集成在統(tǒng)一環(huán)境下的仿真平臺。Virtual.Lab與CAD系統(tǒng)如CATIAV5完全無縫集成并自動鏈接，從CAD建模環(huán)境可以直接切換到Virtual.Lab分析界面，而無需進(jìn)行任何文件轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳遞。止匕外，Virtual.Lab與LMS試驗系統(tǒng)完全集成，可以進(jìn)行獨一無二的混合仿真，將基于試驗的模型和載荷與虛擬樣機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行仿真分析，并可以進(jìn)行模型驗證和修正。301所虛擬振動臺LMS建議書301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月40LMSfiEH培IMEERINGPMHDSTIDN［黑5幗加前土油多體動力學(xué) ④LMSViftial.LabLMSfiEH培IMEERINGPMHDSTIDN［黑5幗加前土油多體動力學(xué) ④LMSViftial.Lab短?外耐久性 止I那崢細(xì)祖才

優(yōu)化LMSViftual±ab

髓品*astran

噗口與要地LMB喇曲制L#AMSis接II與通動LMSVirtualAabl-DEASUniversal文竹建口LMS^biustLab

球拘分折Virtual.Lab3維仿真平臺功能與模塊Virtual.Lab的獨特優(yōu)勢包括：多多學(xué)科的系統(tǒng)級仿真平臺LMSVirtual.Lab是全球第一個真正集成結(jié)構(gòu)分析、振動噪聲、多體動力學(xué)、疲勞、混合仿真、優(yōu)化設(shè)計的多學(xué)科仿真平臺，用于振動、噪聲、多體動力學(xué)、疲勞、混合仿真分析、優(yōu)化設(shè)計、安全性、碰撞、耐久性以及其它關(guān)鍵屬性的分析。它能成倍提高增值設(shè)計時間(Value-AddedTime)，并且將總體開發(fā)周期縮短30—50%。唯唯一實現(xiàn)了與CAD、CAE和試驗的無縫連接的系統(tǒng)級平臺Virtual.Lab自動鏈接主流的CAD、CAE和試驗系統(tǒng)，消除了不必要的文件轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)冗余，使增值設(shè)計時間成倍增加。獨獨一無二的混合仿真(hybridsimulation)它將實物試驗和虛擬仿真的長處相結(jié)合，新的設(shè)計過程不僅更快，而且更加精確可靠，因為試驗驗證過的模型已經(jīng)嵌入在系統(tǒng)模型中。因此對投資的回報不僅體現(xiàn)在產(chǎn)品更快地投放市場和節(jié)約開發(fā)費用，而且改進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量，開創(chuàng)了新的產(chǎn)品開發(fā)模式?？谠囼炁c數(shù)字仿真的相關(guān)性分析，確保了仿真的真實準(zhǔn)確要想進(jìn)行高精度的仿真，必須確保有限元模型的可靠性和真實性。為了確保仿真結(jié)果可信，需要對模型進(jìn)行部件級的、子系統(tǒng)級的以及系統(tǒng)級的模型驗證，可基于試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，也可以利用經(jīng)過驗證的類似結(jié)構(gòu)的仿真模型。只301所虛擬振動臺LMS301所虛擬振動臺LMS建議書2010年3月41r—Mm匚H白IMI二二RHGIH40”.自TI口U 有由底向上一步步的對模型進(jìn)行創(chuàng)建和修正，才能有效避免建模過程中的誤差累計。除了可以進(jìn)行更可靠的假設(shè)分析之外，驗證后的模型還可以讓我們對理論假設(shè)有更深刻的理解，例如對材料屬性、連接關(guān)系、鉸鏈以及邊界條件的假設(shè)。Virtual.Lab多學(xué)科分析功能是通過與CAD系統(tǒng)無縫集成的多個Workbench工作平臺實現(xiàn)的，這些工作平臺包括：?Virtual.LabStructures結(jié)構(gòu)分析LMSVirutal.LabStructuralAnalysis使得我們的設(shè)計工程師可以完全在CATIAV5的基礎(chǔ)上完成有限元網(wǎng)格的前處理分析。使得CAD數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)參數(shù)化全相關(guān)，由于Virtual.Lab數(shù)據(jù)格式和CATIA數(shù)據(jù)格式完全一致。使用Virutal.LabStructural我們可以隨時直接修改CAD幾何參數(shù)，分析結(jié)果就會相應(yīng)的自動改變。這樣就能夠節(jié)省設(shè)計和分析工程師大量的時間，同時消除了CAD和CAE數(shù)據(jù)之間的不相關(guān)問題，軟件在AIRBUS、BOEING得到了廣泛的使用。aVirtual.LabMoti