機械運動仿真和有限元分析技術概念

2016-11-10 by:CAE仿真在線來源:互聯網

機械運動仿真技術是一種建立在機械系統運動學、動力學理論和計算機實用技術基礎山的新技術,涉及建模、運動控制、機構學、運動學和動力學等方面的內容,主要是利用計算機來模擬機械系統在真實環境下的運動和動力特性,并根據機械設計要求和仿真結果,修改設計參數直至滿足機械性能指標要求或對整個機械系統進行優化的過程。機械運動仿真的過程如圖:

通過機械系統的運動仿真,不但可以對整個機械系統進行運動模擬,以驗證設計方案是否正確合理,運動和力學性能參數是否滿足設計要求,運動機構是否發生干涉等還可以及時發現設計中可能存在的問題,并通過不斷改進和完善,嚴格保證設計階段的質量,縮短了機械產品的研制周期,提高了設計成功率,從而不斷提高產品在市場中的競爭力。因此,機械運動仿真當前已經成為機械系統運動學和動力學等方面研究的一種重要手段和方法,并在交通、國防、航空航天以及教學等領域都得到了非常廣泛的應用。

機械系統的運動仿真可以采用VB、OpenGL、3D max、VC等語言編程實現,也可以使用具有運動仿真功能的機械設計軟件(如ADMAS、Pro/E、FELAC等)實現,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展趨勢。

有限元分析技術,即CAE(Computer Aided Engineering),即計算機輔助工程。它是計算機仿真技術的一大分支,是通過計算機程序建立仿真數學物理模型,并對其進行求解的技術。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是指工業級的CAE,即通過一系列的工具和求解器對工程結構進行數值仿真的技術。

CAE出現和發展的三大條件:數值分析方法;計算機仿真分析軟件,計算機硬件。上個世紀四十年代,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,由于文化上的阻力和自身能力的限制,CAE技術在工程領域一直出于配角的位置,不能完全被人們接受。直到上世紀八、九十年代,隨著電子計算機的日益普及和數值分析在工程中的作用日益增長,以及許多優秀的大型的商業化CAE軟件的不斷涌現和走向成熟,CAE技術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計算機輔助工程即MCAE領域內,根據數值分析求解機理和求解問題范圍不同,常用的CAE技術有:

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

機構運動分析模塊是一個集運動仿真和機構分析于一身的功能強大的模塊。利用該模塊,當各個零部件通過裝配模塊組裝成一個完整的機構以后,設計師就可以在直接啟動機構運動分析模塊,根據設計意圖定義機構中的連接、設置伺服電機,然后運行機構分析,觀察機構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,設計師還可以進行各種的測量工作,并把分析結果保存成影片的形式。

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