機械運動仿真和有限元分析技術(shù)概念

2016-11-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

機械運動仿真技術(shù)是一種建立在機械系統(tǒng)運動學(xué)、動力學(xué)理論和計算機實用技術(shù)基礎(chǔ)山的新技術(shù),涉及建模、運動控制、機構(gòu)學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)等方面的內(nèi)容,主要是利用計算機來模擬機械系統(tǒng)在真實環(huán)境下的運動和動力特性,并根據(jù)機械設(shè)計要求和仿真結(jié)果,修改設(shè)計參數(shù)直至滿足機械性能指標(biāo)要求或?qū)φ麄€機械系統(tǒng)進行優(yōu)化的過程。機械運動仿真的過程如圖:

通過機械系統(tǒng)的運動仿真,不但可以對整個機械系統(tǒng)進行運動模擬,以驗證設(shè)計方案是否正確合理,運動和力學(xué)性能參數(shù)是否滿足設(shè)計要求,運動機構(gòu)是否發(fā)生干涉等還可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中可能存在的問題,并通過不斷改進和完善,嚴(yán)格保證設(shè)計階段的質(zhì)量,縮短了機械產(chǎn)品的研制周期,提高了設(shè)計成功率,從而不斷提高產(chǎn)品在市場中的競爭力。因此,機械運動仿真當(dāng)前已經(jīng)成為機械系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)等方面研究的一種重要手段和方法,并在交通、國防、航空航天以及教學(xué)等領(lǐng)域都得到了非常廣泛的應(yīng)用。

機械系統(tǒng)的運動仿真可以采用VB、OpenGL、3D max、VC等語言編程實現(xiàn),也可以使用具有運動仿真功能的機械設(shè)計軟件(如ADMAS、Pro/E、FELAC等)實現(xiàn),而且,隨著計算機軟件功能的不斷強大和完善,用軟件進行運動仿真是一種省時、省力而用高效的方法,也是機械運動仿真發(fā)展趨勢。

有限元分析技術(shù),即CAE(Computer Aided Engineering),即計算機輔助工程。它是計算機仿真技術(shù)的一大分支,是通過計算機程序建立仿真數(shù)學(xué)物理模型,并對其進行求解的技術(shù)。CAE的覆蓋范圍很廣,比如將教科書上的一個公式通過計算機編程后進行重復(fù)計算的簡單過程,就屬于CAE的范疇。在這里,我們通常所說的CAE是指工業(yè)級的CAE,即通過一系列的工具和求解器對工程結(jié)構(gòu)進行數(shù)值仿真的技術(shù)。

CAE出現(xiàn)和發(fā)展的三大條件:數(shù)值分析方法;計算機仿真分析軟件,計算機硬件。上個世紀(jì)四十年代,第一臺計算機問世,同時也拉開了CAE的序幕。到了上世紀(jì)五十年代末、六十年代初,有限元法被提出。在很長一段時間內(nèi),由于文化上的阻力和自身能力的限制,CAE技術(shù)在工程領(lǐng)域一直出于配角的位置,不能完全被人們接受。直到上世紀(jì)八、九十年代,隨著電子計算機的日益普及和數(shù)值分析在工程中的作用日益增長,以及許多優(yōu)秀的大型的商業(yè)化CAE軟件的不斷涌現(xiàn)和走向成熟,CAE技術(shù)衍生出許多分支并成為工程分析中必不可少的工具。

有限元分析方法的分類在機械系統(tǒng)計算機輔助工程即MCAE領(lǐng)域內(nèi),根據(jù)數(shù)值分析求解機理和求解問題范圍不同,常用的CAE技術(shù)有:

有限元分析(FEA)技術(shù);(固體力學(xué)范疇)計算流體動力學(xué)(CFD)分析技術(shù);(流體力學(xué)范疇)剛體動力學(xué)分析(RBA)技術(shù)

機構(gòu)運動分析模塊是一個集運動仿真和機構(gòu)分析于一身的功能強大的模塊。利用該模塊,當(dāng)各個零部件通過裝配模塊組裝成一個完整的機構(gòu)以后,設(shè)計師就可以在直接啟動機構(gòu)運動分析模塊,根據(jù)設(shè)計意圖定義機構(gòu)中的連接、設(shè)置伺服電機,然后運行機構(gòu)分析,觀察機構(gòu)的整體運動軌跡和各零件之間的相對運動,以檢測機械的干涉情況。而且,利用該模塊,設(shè)計師還可以進行各種的測量工作,并把分析結(jié)果保存成影片的形式。

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