虚拟样机课件

虚拟样机虚拟样机-装载机的装载机的CAD建模及仿真建模及仿真 Virtual Prototyping 虚拟样机虚拟样机1.VP技术的技术的产生背景与特点产生背景与特点2.VP技术的技术的技术特征技术特征3.VP技术技术研究的主要内容研究的主要内容4.VP技术技术研究的关键和难点研究的关键和难点5.VP技术技术研究国内外现状研究国内外现状6.装载机的装载机的CAD建模及仿真建模及仿真虚拟样机技术的产生背景与特点虚拟样机技术的产生背景与特点1.虚拟样机技术产生的背景2.虚拟样机技术的特点虚拟样机技术产生的背景虚拟样机技术产生的背景 随着人类迈进21世纪，经济贸易全球化和我国加入WTO，产品消耗结构正在向多元化、个性化方向发展。面对无法预测、持续发展的市场需求，要想在竞争日趋激烈的市场上取胜，缩短开发周期、提高产品质量、降低成本以及对市场的灵活反应,已经成为企业所追求的目标。谁早推出产品，谁就占有市场;谁产品性能可靠，价格合理，谁就受到用户的青睐。传统的产品设计与制造方式无法满足这些要求。在传统的产品设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设计。在设计完成后，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的。若试验发现设计缺陷时，又要回头修改设计并再用样机验证。只有通过周而复始的设计、制造样机、试验设计过程，产品才能达到要求的性能。虚拟样机技术产生的背景虚拟样机技术产生的背景批量产品的传统分布式开发过程批量产品的传统分布式开发过程 上述基于物理样机的设计、制造及验证过程不仅需要冗长的研制周期，而且严重地制约了产品质量的提高、成本的降低以及对市场的占有。为了克服传统机械设计制造过程的弊端，缩短设计制造周期，降低成本，一种新的技术应运而生，这就是虚拟样机技术。虚拟样机技术产生的背景虚拟样机技术产生的背景虚拟样机技术的技术特征虚拟样机技术的技术特征 就研究方法来说，虚拟样机技术属于数字化设计范畴，数字化设计技术的发展历程可以大体上划分为以下三个阶段 虚拟样机技术的技术特征虚拟样机技术的技术特征 (1)以CAX工具的广泛应用。自20世纪50年代开始，各种CAD/CAM工具开始出现并逐步应用到制造业中。这表明制造业已开始利用现代信息技术来改进传统的产品设计，标志着数字化设计的开始。虚拟样机技术的技术特征虚拟样机技术的技术特征 (2)并行工程思想的提出与推行.20世纪80年代后期提出的并行工程是一种新的指导产品开发的哲理，是在现代信息技术的支持下对传统的产品开发方式的一种根本性改进。虚拟样机技术的技术特征虚拟样机技术的技术特征 (3)虚拟样机技术随着技术的不断进步，仿真在产品设计过程中的应用变得越来越广泛而深刻，它由原先的局部应用(单领域、单点)逐步扩展到系统应用(多领域、全生命周期)。虚拟样机技术则是这一发展趋势的典型代表。虚拟样机技术研究的主要内容虚拟样机技术研究的主要内容 简要说明虚拟样机技术研究需要完成的工作有:(1)建立整机三维数字模型，并在此基础上，发展可模拟产品实际运行时的运动和动力特征的仿真模型，所生成的虚拟样机通过屏幕三维显示，可真实地观察其动态形象。建立动态仿真模型的基础在于专业理论分析和科学实验，它是赋予虚拟样机以真实产品动作和性能的关键。虚拟样机技术研究的主要内容虚拟样机技术研究的主要内容 (2)开发一系列使设计人员能直接参与虚拟样机工作的交互设备及相应的软件，它能形成如同实际一样从不同视角进行观察，并能获得触觉和听觉的感觉，这种虚拟现实的技术是使人机进行交互的主要工具。虚拟样机技术研究的关键和难点虚拟样机技术研究的关键和难点虚拟样机技术研究的关键虚拟样机技术研究的关键虚拟样机技术研究的难点虚拟样机技术研究的难点虚拟样机技术研究的关键虚拟样机技术研究的关键三维实体模型的建立 建立三维实体模型是虚拟样机研究的基础，其主要内容为:基于几何建模和图像相结合的建模方法，图像建模应该具有模型简单、数据量小的优点，以适合微机环境的实时建模和浏览。具有物理属性的虚拟模型的建立 建立具有物理属性的虚拟模型有着巨大的应用价值。因为用具有物理属性的虚拟模型进行试验分析研究，既可以节省宝贵的产品开发时间，又可以节约试验费用。虚拟样机技术研究的难点虚拟样机技术研究的难点各种设计分析仿真工具的集成和产品数据管理 采用虚拟样机技术进行产品研发需要使用多种设计分析软件，如Pro/E，ADAMS,ANSYS等，要解决这些软件之间交换数据过程中信息的丢失问题，需要研究相关软件，实现多种设计分析软件的无缝联接。使用虚拟样机技术进行工作性能分析 即如何利用产品的三维实体模型数据，产生一个虚拟的环境，并方便地进行产品性能测试以及有效地进行评价。虚拟样机技术研究的难点虚拟样机技术研究的难点以虚拟样机技术为基础的优化技术 如果产品性能可以准确地用虚拟样机来描述，定量的设计优化就可能很好地实现。首先，以虚拟样机技术为基础的设计优化在确定最优化的结果方面效率应该是很高的，因为虚拟样机技术本身涉及到非常多的计算。其次，以虚拟样机为基础的设计优化通常涉及到不同学科的多种设计目标，因此它可以归结为一个多学科的多目标优化问题。以虚拟样机技术为中心的协同设计环境 并行设计目前是通过工作小组的形式来完成的，这种工作方式本身就会带来信息的混乱、工作的重复以及管理上面的困难。另外，设计优化在定量上是不容易得到的。虚拟样机技术提供了一个定量描述产品许多性能的方法，这样虚拟样机技术就有可能成为一个实现支持定量的并行设计的一个基础工具，可以形成协同虚拟样机技术。虚拟样机技术研究国内外现状虚拟样机技术研究国内外现状 目前，虚拟样机技术在一些较发达国家，如美国、德国、日本等己经得到了广泛的应用，应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询等很多方面。虚拟样机技术的运用为用户节约了开支、时间，并提供了满意的设计方案。虚拟样机技术研究国内外现状虚拟样机技术研究国内外现状 目前，我国虚拟样机技术在汽车制造业和武器装备制造业中初步有所应用，在其它行业应用较少，因此我国对于虚拟样机技术的应用领域和技术水平还很低，但己经引起了人们的普遍关注，如在农业机械领域，有人利用虚拟样机技术来设计甘蔗收获机，实现了产品和产品设计方法的创新，取得了良好的效果。装载机的装载机的CAD建模及运动仿真建模及运动仿真 装载机是一种应用广泛的工程机械，有广泛的应用空间，但由于装载机传统开发模式存在的开发周期长、过程繁杂、开发成本高、性能测试困难等问题，这里将仿真技术引入装载机开发领域，完成以下工作：1.利用UG构建装载机的三维实体模型，并对其进行装配，在UG环境下进行了装配干涉检验。对装配图进行了爆炸试图，完成装载机的装配动画过程。2.在UG Motion Simulation环境下进行运动仿真,得出装载机工作的性能曲线。可以更加清晰的了解装载机的不同运动工况，用计算机对装载机进行运动学仿真，可以评价它的运动性能。利用干涉检查功能，可及时发现干涉部位和干涉大小，并及时纠正设计中的错误。3.将工作装置三维模型导入运动和动力学仿真软件NASTRAN,进行挖掘、卸载和联合作业工况的仿真。分析各杆件受力情况，对各铰链点受力危险截面进行分析。由底向上的设计方法由底向上的设计方法 由顶向下的设计方法由顶向下的设计方法 装载机的三维实体建模装载机的三维实体建模 转斗油缸后置式反转六杆机构转斗油缸后置式反转六杆机构 底盘底盘 轮胎轮胎 轮毂轮毂 车身结构车身结构 驾驶室驾驶室 液压杆件液压杆件 装载机的装配图装载机的装配图 装载机的爆炸视图装载机的爆炸视图 装载机的运动仿真装载机的运动仿真 运动仿真模块(Motion Simulation)是CAE应用软件，用于建立运动机构模型，分析其运动规律。运动仿真模块自动复制主模型的装配文件，并建立一系列不同的运动仿真，每个运动仿真均可独立修改，一旦完成优化设计方案，即可直接更新装配主模型以反映优化设计的结果。铲斗的运动轨迹铲斗的运动轨迹 铲斗的速度曲线铲斗的速度曲线 动臂的位移曲线动臂的位移曲线 动臂的速度曲线动臂的速度曲线 装载机的有限元分析装载机的有限元分析 装载机的有限元分析装载机的有限元分析 装载机的有限元分析装载机的有限元分析 用用UG NASTRAN对工作部件进行受力分析对工作部件进行受力分析 对称载荷工况对称载荷工况 偏载状况偏载状况 p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings结束语讲师：XXXXXX XX年XX月XX日