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1、机械产品动态仿真技术机械产品动态仿真技术 第一章第一章 绪论绪论 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院 1 （一）课程性质与目的（一）课程性质与目的 ADAMS是专门用于机械产品虚拟样机开发方面的工具，通过虚拟试验 和测试，在产品开发阶段就可以帮助设计者发现设计缺陷，并提出改 进的方法。本课程是专业核心课程，其目的是学生能够使用ADAMS进 行虚拟样机的构建和仿真。本课程也是专业课程设计和毕业专题设计 所必需的。 （二）课程的基本要求（二）课程的基本要求 通过本课程的学习，学生能够掌握adams程序设计语言，能够使用虚 拟样机仿真分析软件ADAMS进行虚拟样机的构建和仿真工作。 （三）
2、支撑的毕业要求（三）支撑的毕业要求 本课程知识与能力符合以下毕业要求： 1）毕业要求8（1）中了解动态设计、虚拟设计等现代设计方法，能熟 练应用设计软件与设备； 2）毕业要求9中能正确认识终身学习的重要性，具备持续学习和适应 社会和技术发展能力； 3) 毕业要求10中具有国际视野和跨文化交流、竞争与合作能力。 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院 2 本门课的开设目的 什么是仿真？ 仿真的作用与意义？ 那些过程可以仿真？仿真的方法？ 仿真的副作用 机械动态机械动态仿真技术仿真技术 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 3 本章知识点：本章知识点： 通俗地
3、说：仿真就是真实地模拟一个系统运行的过程仿真就是真实地模拟一个系统运行的过程 对于不同的学科来说，这个定义可能有所差异。对于机械系统来说，我们通过模拟要得到的东西是什么？ 一 、 与运动相关的参数 二、 与力相关的参数 三、温度等 其它参数 四、瞬态过程相关的参数 下面举几个例子说明一下下面举几个例子说明一下 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：什么是仿真？：什么是仿真？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 4 例1：海湾战争期间“爱国者”导弹和“飞毛腿”导弹之间 的较量，也反 映出了仿真模拟的参与。最主要的是发现对方导弹后，要模拟计算出其轨 迹。 当“飞毛腿”
4、导弹离目标已不到4O秒的飞行时间时，防御系 统的计算机根据雷达显示屏上显示出来的“飞毛腿”目标，快 速计算并显示出“飞毛腿”导弹的飞行线路、飞行速度和预期 目标，然后由控制系统自动给最有利于拦截的导弹发射架发布 发射命令，两枚“爱国者”导弹（一枚主截，另一枚备用）迅 速连连发出，直奔“飞毛腿”导弹而去。在“飞毛腿”导弹附 近，“爱国者”导弹发生爆炸，爆炸形成的碎片冲击“飞毛腿” 导弹并使其爆炸。据统计，在整个海湾战争期间，美国方面成 功地拦截了33枚“飞毛腿”导弹。 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：仿真的作用与意义？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 5
5、这里模拟仿真的作用这里模拟仿真的作用 预知结果：预知结果：飞行线路、飞行速度和预期飞行线路、飞行速度和预期目标目标 我国的我国的DF-31在研制过程中，出现一个大的间谍案：在研制过程中，出现一个大的间谍案： 沃维汉策反中国高级研发人员，把一些参数告诉了美沃维汉策反中国高级研发人员，把一些参数告诉了美 国人。国人。 大家想像一下，什么参数？大家想像一下，什么参数？ 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：仿真的作用与意义？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 6 例例2：原子能工学博士出身的日本经济学家大前研一表示：“(日本) 不开发核武器是考虑国民情绪，但它只要下定
6、决心，便可在 90天内制造出核武器，并搭载在导弹上。” 最新的报道说，日本可以在30天内制造出原子弹？日本已拥有 武器级的 “钚”。 这里模拟仿真的作用这里模拟仿真的作用 虚拟核试验虚拟核试验 例例3：三峡大坝的抗地震等级是如何给出的？抗核爆等级：三峡大坝的抗地震等级是如何给出的？抗核爆等级 是如何定出来的？是如何定出来的？ 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：仿真的作用与意义？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 7 目前最典型的分析：目前最典型的分析： 运动仿真 有限元分析，离散有限元分析 传热分析 流体分析 电磁分析 瞬态过程分析 机械动态机械动态仿真技术
7、仿真技术：那些过程可以仿真？仿真的方那些过程可以仿真？仿真的方 法法？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 8 从上面的分析可以看出： 现代机械产品设计或运行的过程现代机械产品设计或运行的过程 基本上均可以仿真！基本上均可以仿真！ 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：那些过程可以仿真？仿真的方那些过程可以仿真？仿真的方 法法？ 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 9 仿真的过程复杂，结果的可靠性仿真的过程复杂，结果的可靠性 不易分辨不易分辨， 目前被滥用的倾向强目前被滥用的倾向强 仿真的模型简化规则不易一致，仿真的模型简化规则不
8、易一致， 仿真结果差异仿真结果差异 大大，不容易评估。，不容易评估。 机械动态机械动态仿真技术仿真技术：仿真的副作用 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 10 1.1 系统仿真： 使用系统模型对实际系统进行实验研究的过 程。 计算机技术发展成为仿真仿真最有力的支撑 利用计算机建立模型进行科学实验。 经济、可 靠、实用、安全、可多次重用 减少试验次数， 或某些工程没法进行试验 系统仿真的领域进入 到各个行业： 机械，电子，物理，生物等 机械机械动态动态仿真技术仿真技术： 基本概念介绍基本概念介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学
9、院 11 基本的方法与原理： 连续系统仿真及离散事件系统仿真。 系统仿真分为物理仿真、数学仿真及物理-数学仿真（又称半物理仿真或半实物仿真）。 第一类数学仿真：使用微分方程，传递函数，状态变量等数学分 析为代 表 的系统分析方法，其典型 的系统模型为输入，输出， 中间 系统为 一个黑箱。系统数学模型： 刚度矩阵： F = k y + c y + M y 这一类的仿真应当是以这一类的仿真应当是以MATLAB为代表。为代表。 基本概念基本概念介绍介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 12 基本的方法与原理： 广义的动态系统模型： 第二类物理仿真：虚拟样机技术
10、这类技术是以CAD技术为基础，机械动力学系统是CAE发展的新结果，主要是解决了多体动力学计算问题。 目前的三维目前的三维CAD软件基本都可以或多或少进行仿真软件基本都可以或多或少进行仿真计算。最强大的要算计算。最强大的要算ADAMS。 基本概念基本概念介绍介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 13 系统仿真（尤其是数学仿真）实质上应该包括三个基本要素：系统、系统模型、计算机。而联系这三项要素的基本活动则是：模型建立、仿真模型建立和仿真试验。 这里，二种不同的仿真类型， 模型的内函是有区别的 基本概念基本概念介绍介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程
11、学院安徽理工大学机械工程学院 14 1.2 系统的定义与分类系统的定义与分类 系统是为实现规定功能以达到某一目标而构成的相互 关联的一个集合体或装置（部件）。 在不同的行业，其定义不同。 机械系统是人工制造的，具有一般系统特性 的，能够完成特定功能的特殊系统。 (1)由若干个机器与机构及其附属装置组成 (2)由质量、刚度和阻尼各元素所组成 机械机械动态动态仿真技术仿真技术： 基本概念介绍基本概念介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 15 1.3 系统系统的特点的特点： 整体性整体性：系统的各个部分是不可分割的 系统系统的相关性的相关性：各个 要素之间以一定
12、的规律相 互联系，它们的特定关系形成了特定的功能 系统系统的功能性的功能性：要具备能够完成一定的功能。 机 械系统的功能是根据要求设计出来的。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术： 基本概念介绍基本概念介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 16 1.4 研究系统的动态特性的意义： 1,提高机械系统的精度。通过系统仿真，找出系统 最差环节，改进设计，提高系统精度。 2，提高机械系统的多功能要求。研究多功能下的系 统的动态特性，提高 3，节约能源，促进环保。找出最佳的系统控制模 式，提高能源利用率。 4，提高安全性，可靠性。动态仿真是一种真实的 系统模拟，所以可
13、以模拟系统的极限工作状态，预知 可能发生的问题。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术： 基本概念介绍基本概念介绍 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 17 1.1 概述 虚拟样机是用3D软件建立机械产品在计算机中数字化模型，可以用于模型展示，运动分析，动态分析等 。 虚拟样机仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）最牛。 ADAMS基本模块： View模块 Postprocess模块 机械机械动态动态仿真技术仿真技术之虚拟样机技术简介之虚拟样机技术简介 2015-7-29 安徽理工
14、大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 18 另外在ADAMS中还针对专业领域而单独开发的一些专用模块 和嵌 入模块： 汽车模块ADAMS/Car、 发动机模块ADAMS/Engine、 火车模块ADAMS/Rail、 飞机模块ADAMS/Aircraft等； 嵌入模块如振动模块ADAMS/Vibration、 耐久性模块ADAMS/Durability、 液压模块ADAMS/Hydraulic、 控制模块ADAMS/Control 柔性体模块ADAMS/AutoFlex等。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术之虚拟样机技术简介之虚拟样机技术简介 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安
15、徽理工大学机械工程学院 19 其它 的CAD软件： SW: SW的simulation与motion分析，可以完成有限元、 模态分析，运动分析，还可将运动分析结果导入有限 元， 作为载荷。 Catia： 与SW相似的一个3D软件，但比SW高端。法国达索公 司，很牛的公司。其分析功能也很强大，操作习惯与 SW相似。 UG 与pro/e： 操作习惯上与上二个软件不大相同，也有专门的分析模块。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术之虚拟样机技术简介之虚拟样机技术简介 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 20 其它其它 的的CAE软件：软件： NASTRAN、ADINA、
16、ANSYS、ABAQUS、MARC、COMSOL ANSYS: 市场占有率最高 ABAQUS：非线性分析强 NASTRAN：标准的结构分析软件 COMSOL：自称最强，可以分析一切，化学反应也可以。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术之虚拟样机技术简介之虚拟样机技术简介 2015-7-29 安徽理工大学机械工程学院安徽理工大学机械工程学院 21 总的来说，分析软件侧重分析，建模功能不好，可操作性差，而建模软件的可操作性强，但分析功能差，设计人员在这二者之间设计了一些数据格式接口，例如，建模软件的文件可以另存为后缀为.stp, .xt .igs 等格式，然后读入分析软件。 机械机械动态动态仿真技术仿真技术之虚拟样机技术简介之虚拟样机技术简介 2015-7-29 安徽
