運動仿真技術(shù)

2—SW運動仿真簡介二十世紀八十年月以來，設計工程中首次使用計算機關(guān)心工程〔CAE〕方法后，有限元分析〔FEA〕就成了最先被廣泛承受的模擬工具。多年來，該工具幫助設計者在爭論產(chǎn)品的構(gòu)造性能季節(jié)約了大量時間。由于機械產(chǎn)品日漸簡單，不斷加劇的競爭加快了設計方案投入市場的速度。設計者迫切感到必需使模擬超出FEA的局限范圍，除使用FEA模擬構(gòu)造性能外，還需要在構(gòu)建物理原型之前確定產(chǎn)品的運動學和動力學性能。運動仿真〔又稱剛性實體動力學〕供給了用于解決這些問題的模擬方法，并很快得到了廣泛應用。用于機構(gòu)分析與合成的運動仿真假設設計者要設計一個用于繪制各種橢圓的橢圓規(guī)。在CAD裝配體中定義協(xié)作后，便可相對運動，但運動速度卻沒有意義，要得出速度、加速度、驅(qū)動力、反響力、功率要求等結(jié)果，設計者需要一個更強大的工具，運動仿真便應運而生了。1CAD動畫制作器模擬的處于不同位置的橢圓規(guī)運動仿真可以供給運動機構(gòu)全部零部件的運動學性能〔包括位置、速度和加速度〕和動力學性能〔包括驅(qū)動力、反響力、慣性力和功率要求〕的完整量化信息。更重要的是，不用消耗更多時間就可以獲得運動仿真結(jié)果。由于執(zhí)行運動仿真所需的全部內(nèi)容都已在CAD裝配體模型中定義好了，只需將它傳輸?shù)竭\動仿真程序即可。在橢圓規(guī)案例中，設計者只需確定馬達的速度，要繪制的點以及期望查看的運動結(jié)果。會很快解算出運動方程式，包括全部零部件的位移、速度、加速度荷以及保持運動所必需的功率的完整信息〔2〕2由運動模擬器計算的橢圓規(guī)線速度和馬達功率翻轉(zhuǎn)滑桿機構(gòu)運動模擬是機械運動學常見例如。為了獲得曲柄以勻速旋轉(zhuǎn)時搖臂的角都需從頭再來。這對于學生來說或許是個好玩的作業(yè)，但在現(xiàn)實產(chǎn)品開發(fā)中根本不切實際。運動模擬軟件使用CAD裝配體模型中已有的數(shù)據(jù)可以即時模擬翻轉(zhuǎn)滑桿的運動。3翻轉(zhuǎn)滑桿機構(gòu)及搖臂角速度運動模擬還可以用于檢查干預，與使用CAD裝配體動畫進展干預檢查有很大不同。運4為急回機構(gòu)中滑桿和驅(qū)動連桿之間的干預。4急回機構(gòu)中滑桿和驅(qū)動連桿之間的干預運動模擬可在短時間內(nèi)對任何簡單程度的機構(gòu)進展分析，可能包含剛性連接裝置、彈簧、阻尼器和接觸面組。如雪地車前懸架、健身器、CD驅(qū)動器等的運動。5簡單機構(gòu)的運動仿真除機構(gòu)分析外，設計者還可通過將運動軌跡轉(zhuǎn)換成CAD幾何體，將運動模擬用于機構(gòu)需滑桿位置表達為時間和滑桿在旋轉(zhuǎn)凸輪上移動軌跡的函數(shù)，然后將軌跡路徑轉(zhuǎn)換為CAD幾何體，以創(chuàng)立凸輪輪廓。6滑桿沿導軌移動的位移函數(shù)7滑桿沿旋轉(zhuǎn)盤移動繪制的凸輪輪廓設計者還可將運動軌跡用于很多用途，例如，驗證工業(yè)機器人的運動、測試工具路徑以獵取選擇機器人大小所需的信息，以及確定功率要求。8工業(yè)機器人在多個位置之間的移動運動模擬的另外一項重要應用是模擬零部件之間的碰撞和接觸，以爭論零部件之間可凸輪和曲線儀〔搖桿〕之間可能形成的縫隙。FEA結(jié)合想了解運動仿真和FEAFEA是一種用于構(gòu)造分析的數(shù)字技術(shù)，已成為爭論構(gòu)造的主導CAE方法。它可以分析8作用下會變形，到肯定程度將不再變化；在動態(tài)載荷作用下，會圍繞平衡位置振動。FEA可以爭論在靜態(tài)或動態(tài)載荷作用下托架的位移、應變、應力和振動。9固定支撐的托架相反，局部支撐的物體，如托架上鉸接的調(diào)速輪可以旋轉(zhuǎn)而無需變形。調(diào)速輪可像剛變和應力，可使用運動仿真來爭論調(diào)速輪的運動。10存在剛性實體運動的機構(gòu)構(gòu)造與機構(gòu)之間的差異在于：構(gòu)造在載荷作用下產(chǎn)生變形，存在應變和應力；機構(gòu)在定基體的搖擺桿，區(qū)分在于2用彈簧將搖擺桿與基體連接一起。1屬于機構(gòu)，由于搖擺桿無實體運動。因此將12屬于構(gòu)造，由于搖擺桿圍繞平衡位置搖擺時會產(chǎn)生彈簧變形。FEA可以分析搖擺桿的振動，還可計算彈簧和其它彈性零部件的應變和應力。11機構(gòu)與構(gòu)造比照完成運動仿真后，假設想對機構(gòu)任一零部件進展變形、應力分析，則需利用FEA對該零部件進展構(gòu)造分析。運動仿真結(jié)果供給的數(shù)據(jù)可手動或自動導出到FEA，以自動方式導出時，運動仿真和FEA可進展“耦合”模擬，得到最正確結(jié)果，避開手動導出可能產(chǎn)生的錯12為對曲柄機構(gòu)進展的耦合模擬，利用FEA計算連桿中的最大應力。12曲柄機構(gòu)運動仿真與FEA結(jié)合使用的步驟：〔1〕.在選擇的運動范圍內(nèi)，承受運動仿真計算作用于全部零部件的位移、速度、加速度、接點反作用力和慣性力。在此步驟中，全部機構(gòu)連接裝置均視為剛性實體。圖13中的曲線為曲柄轉(zhuǎn)動一周連桿上接點的反作用力。13曲柄轉(zhuǎn)動一周連桿上接點的反作用力〔2〕.的分析將得到連桿所承受的最大應力。如有必要，可選擇多個位置進展分析。14與連桿上最大反作用力相對應的位置〔3〕.將這些反作用力載荷以及慣性載荷從CAD裝配體傳輸?shù)竭B桿CAD零件模型?！?〕.作用于從裝配體分別出來的連桿上的載荷包括接點反作用力和慣性力，如圖15所示。依據(jù)dAlambert的構(gòu)造。15連桿上的載荷〔5〕.對受平衡靜態(tài)載荷的連桿定義彈性材料屬性，并傳輸給FEA以進展構(gòu)造靜態(tài)分析，以計算變形、應變和應力。運動仿真和測試運動仿真可以從測試中導入歷史數(shù)據(jù)，這樣，使用廉價的計算機模型，而不必進展耗反作用力、慣性效應、功耗等。例如，在汽車懸架的案例中，運動模擬可以解決一些常見問尼，掌握臂及其套管中會產(chǎn)生多大的應力等。集成CAD、運動仿真和FEA運動模擬和FEA都將CAD裝配體模型作為分析的前提條件，適用于這三種工具的通用集成環(huán)境可以簡化CAD、運動模擬和FEA之間的數(shù)據(jù)交換。通過集成，可以避開在使用單個應用程序時通過中性文件格式傳輸數(shù)據(jù)的繁瑣。此外，將運動模擬和CAD集成起來使用而不將其與CAD相關(guān)聯(lián)，可大大削減設置運動模擬模型所需的工作量。在創(chuàng)立運動模擬模型時，可以反復使用材料屬性與CAD裝配體的協(xié)作，運動模擬所產(chǎn)生的結(jié)果，即運動軌跡，可以轉(zhuǎn)換成CAD幾何體。但此操作只能在集成軟件環(huán)境中執(zhí)行。另外，與CAD相集成可以將模擬的模型數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果與CAD裝配體模型存儲在一起，CAD更改都與運動模擬和FEA嚴密關(guān)聯(lián)。實例分析第一章緒論〔2〕運動仿真技術(shù)概述的或設想的系統(tǒng)進展試驗爭論的一門綜合性技術(shù)。動力學分析；④方案及系統(tǒng)優(yōu)化；⑤強度分析計算；⑥構(gòu)造設計等幾個階段。傳統(tǒng)的設計方計過程中常常承受“閱歷法效率，且簡潔導致設計結(jié)果不準確，很難得到滿足的結(jié)果，也缺乏科學的理論依據(jù)。計的高效化和自動化已經(jīng)成為今后進展的必定趨勢者的重視和親睞。機械運動仿真技術(shù)是一種建立在機械系統(tǒng)運動學的技術(shù)，涉及建模、運動掌握、機構(gòu)學、運動學和動力學等方面的內(nèi)容，主要是利用計算：1運動仿真一般步驟品的研制周期，提高設計成功率，從而不斷提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。因此，機械運動仿防、航空航天以及教學等領域得到廣泛應用。機械系統(tǒng)的運動仿真可以承受VB、OpenGL、3Dmax、VC運動仿真功能的機械設計軟件〔如ADMAS、Pro/E、EUCLID、UG、Solidworks、SolidEdge等高效的方法，也是運動仿真進展趨勢。運動仿真技術(shù)的應用運動仿真技術(shù)的應用輻射各個學科括方案論證、設計分析、生產(chǎn)制造、試驗維護、訓練等各個階段。仿真技術(shù)不僅應用于簡潔的單個系統(tǒng)，也應用于多個系統(tǒng)綜合構(gòu)成的簡單系統(tǒng)。從進展的歷程來看，仿真技術(shù)應用的領域從傳統(tǒng)的制造領域〔生產(chǎn)打算制定、加工、裝配、測試供了的舞臺，也提出了更高的要求。目前，其應用具有以下特點和趨勢：應用范圍進一步擴大〔產(chǎn)品〕的動力學和運動學特性，以及加程的組織、產(chǎn)品測試等，涉及到制造