第三章創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計

第三大講第三章創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的虛擬設(shè)計與仿真第一節(jié)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化第二節(jié)虛擬樣機(jī)技術(shù)簡介第三節(jié)基于ADAMS的機(jī)械系統(tǒng)虛擬設(shè)計與仿真信息技術(shù)對企業(yè)的影響:第一節(jié)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化

企業(yè)信息化是用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和實現(xiàn)信息化帶動工業(yè)化的突破口。企業(yè)信息化將信息技術(shù)、自動化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，帶動產(chǎn)品設(shè)計方法和工具的創(chuàng)新，企業(yè)管理模式的創(chuàng)新，企業(yè)間協(xié)作關(guān)系的創(chuàng)新，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造和企業(yè)管理的信息化、生產(chǎn)過程控制的智能化、制造裝備的數(shù)字化、咨詢服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)化，全面提升企業(yè)的競爭力。企業(yè)信息化技術(shù)的5個主要特征：管理數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化管路設(shè)計強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)分析數(shù)字預(yù)裝配CAM裝配過程仿真裝配過程仿真設(shè)計數(shù)字化

通過實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計手段與設(shè)計過程的數(shù)字化和智能化，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，促進(jìn)產(chǎn)品的數(shù)字化，提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。

產(chǎn)品設(shè)計雖然只占產(chǎn)品整個成本的5％，但它卻影響產(chǎn)品整個成本的70％。產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化的技術(shù)的發(fā)展

以并行工程思想為指導(dǎo)，建模/仿真技術(shù)為核心,以已有的各領(lǐng)域CAD/CAE/仿真技術(shù)為工具的虛擬樣機(jī)技術(shù)。Time=$基于虛擬樣機(jī)的設(shè)計的開發(fā)時間無虛擬樣機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)時間產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化的技術(shù)的發(fā)展虛擬樣機(jī)概念產(chǎn)品第二節(jié)虛擬樣機(jī)技術(shù)簡介1.虛擬樣機(jī)2.虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點3.虛擬樣機(jī)的相關(guān)技術(shù)4.虛擬樣機(jī)仿真分析基本步驟1.虛擬樣機(jī)

虛擬樣機(jī)是由分布的、不同工具開發(fā)的、甚至異構(gòu)的子模型組成的模型聯(lián)合體：產(chǎn)品的CAD模型產(chǎn)品的外觀表示模型產(chǎn)品的功能和性能仿真模型產(chǎn)品的各種分析模型（可制造性、可裝配性等）產(chǎn)品的使用和維護(hù)模型以及環(huán)境模型等；在產(chǎn)品全生命周期中的虛擬樣機(jī)需求樣機(jī)概念樣機(jī)工程樣機(jī)最終樣機(jī)1.虛擬樣機(jī)需求論證概念設(shè)計詳細(xì)設(shè)計生產(chǎn)、裝配維護(hù)1.1需求樣機(jī)

需求樣機(jī)是根據(jù)用戶需求建立的未來產(chǎn)品的可視化和數(shù)字化描述，描述產(chǎn)品功能和外部行為的結(jié)構(gòu)模型?；拘阅艽致钥蚣?.2概念樣機(jī)

概念樣機(jī)是根據(jù)需求樣機(jī)的要求，對所提出未來產(chǎn)品的方案設(shè)想的可視化和數(shù)字化描述細(xì)化了功能模塊物理細(xì)節(jié)和可視化描述可制造性、可裝配性進(jìn)行概略評估1.3工程樣機(jī)

工程樣機(jī)是概念樣機(jī)的進(jìn)一步細(xì)化，主要由產(chǎn)品的各種物理性能模型、CAD模型以及其他模型組成仿真試驗，評估詳細(xì)設(shè)計方案的優(yōu)缺點對產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)進(jìn)度、成本、質(zhì)量提出更為全面的要求1.4最終樣機(jī)

原型樣機(jī)是將原有樣機(jī)與實際使用環(huán)境相結(jié)合，檢驗產(chǎn)品的實際使用效果，評估進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計方案的可能性加入可靠性模型、維護(hù)模型和可用性模型，支持產(chǎn)品的虛擬維護(hù)加入虛擬仿真模型和操作模型，支持產(chǎn)品的使用訓(xùn)練模擬2.虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的觀點----強(qiáng)調(diào)在系統(tǒng)的層次上模擬產(chǎn)品的外觀、功能和在特定環(huán)境下的行為；

涉及產(chǎn)品全生命周期----虛擬樣機(jī)可應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)的全生命周期，并隨著產(chǎn)品生命周期的演進(jìn)而不斷豐富和完善；

生產(chǎn)銷售使用維護(hù)/服務(wù)報廢/回收規(guī)劃設(shè)計/確認(rèn)制造概念設(shè)計2.虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點支持產(chǎn)品的全方位測試、分析與評估---支持不同領(lǐng)域人員從不同的角度對同一虛擬產(chǎn)品并行地進(jìn)行測試、分析與評估活動。強(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計。2.虛擬樣機(jī)技術(shù)的特點1.總體技術(shù)2.建模技術(shù)3.協(xié)同仿真技術(shù)4.虛擬環(huán)境技術(shù)5.性能評估技術(shù)6.模型VV&A（校驗、驗證和確認(rèn)）技術(shù)7.集成管理技術(shù)3.虛擬樣機(jī)的相關(guān)技術(shù)

1.建模技術(shù)3.模型類型2.常見代表軟件線框建模自由曲面建模特征實體建模參數(shù)化實體建模變量化實體建模平面線框&三維線框三維曲面三維實體AutoCADCADAMCADAMMasterCAMDelCAMPRO/ECATIAI-DealsUG復(fù)合建模MDTSolidWorksSolidEdge3.1常用CAD軟件的建模方法3.2仿真技術(shù)

仿真技術(shù)已經(jīng)被人們廣泛用于汽車、鐵路車輛、航空航天飛行器、機(jī)器人等復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計中。大變形碰撞仿真擺式車空調(diào)通風(fēng)仿真工業(yè)設(shè)計疲勞分析仿真動力學(xué)仿真氣流噪聲仿真氣動壓力仿真結(jié)構(gòu)噪聲仿真雙層車模態(tài)仿真溫度場仿真D38輕量化設(shè)計強(qiáng)度分析制動及沖擊響應(yīng)仿真3.3機(jī)械多體動力學(xué)仿真

機(jī)械動力學(xué)仿真通常被人們用來研究機(jī)械系統(tǒng)的位移、速度、加速度與其所受力（力矩）之間的關(guān)系。多體動力學(xué)仿真則將機(jī)械系統(tǒng)建模成由一系列的剛體（可以包含柔性體）通過對相互之間的運動進(jìn)行約束的關(guān)節(jié)（joints）連接而成的系統(tǒng)。汽車可操作性和乘坐舒適性仿真：

汽車可操作性（handling)仿真是指利用整車動力學(xué)模型，當(dāng)操作人員在采用各種不同駕駛方法的情況下，對車輛的側(cè)傾穩(wěn)定性進(jìn)行仿真研究。

以汽車前、后懸架及轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)為主的多體動力學(xué)模型增加發(fā)動機(jī)、車身后的整車多體動力學(xué)模型4.虛擬樣機(jī)仿真分析基本步驟機(jī)械系統(tǒng)建模

幾何建模施加運動副和運動約束施加載荷仿真分析

設(shè)置測量和仿真輸出進(jìn)行仿真分析仿真結(jié)果分析

回放仿真結(jié)果繪制仿真結(jié)果曲線驗證仿真結(jié)果

輸入實驗數(shù)據(jù)增加實驗數(shù)據(jù)曲線精制系統(tǒng)建模

增加摩擦力，改進(jìn)載荷函數(shù)定義柔性物體和連接定義控制重復(fù)仿真分析

設(shè)置可變參數(shù)點定義設(shè)計變量與實驗結(jié)果一致？系統(tǒng)優(yōu)化分析

主要設(shè)計影響因素研究試驗設(shè)計研究最優(yōu)化研究是否第三節(jié)基于ADAMS的機(jī)械系統(tǒng)虛擬設(shè)計與仿真

機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件ADAMS（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem）是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件和開發(fā)工具。由美國MDI公司開發(fā)，現(xiàn)被MSC公司收購，占據(jù)同類軟件全球市場的51％，是目前最為流行的機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件。

1.軟件介紹（1）包含三個最基本的解題程序模塊：

ADAMS/View(基本環(huán)境)ADAMS/Solver(求解器)ADAMS/PostPrecessor(后處理)2.軟件模塊（2）附加程序模塊：

ADAMS/Car(轎車模塊)ADAMS/Rail(機(jī)車模塊)ADAMS/Airplane(飛機(jī)模塊)ADAMS/Engine(發(fā)動機(jī)模塊)ADAMS/Flex(柔性體模塊)ADAMS/Controls(控制模塊)ADAMS/Hydraulics(液壓模塊)ADAMS/Animation(高速動畫模塊)3.ADAMS/View工具列瀏覽1234567891011121314151612345678910111213141516幾何建模量測恢復(fù)/重做運動連接點色盤移動動態(tài)瀏覽設(shè)置力元素前后視圖動態(tài)旋轉(zhuǎn)上下視圖左右視圖背景顏色視窗布置其他（1）曲柄搖桿滑塊機(jī)構(gòu)幾何建?！O(shè)置運動副→定義運動及力→設(shè)置仿真時間→運動模擬→測量位移、速度、加速度→后處理界面→顯示運動曲線→顯示模型動畫→顯示軌跡→數(shù)據(jù)、曲線及動畫文件輸出。2.例子介紹（2）雙滑塊機(jī)構(gòu)加平動位移（3）兩自由度機(jī)構(gòu)（4）設(shè)置工作柵格、單位、圖標(biāo)大小等（5）幾何建模介紹用點point建立部件，可以參數(shù)化（6）平移、旋轉(zhuǎn)操作（7）與其它CAD軟件的接口Marker點與Pointer點

Marker：具有方向性,大部分情況都是伴隨物件自動產(chǎn)生的，而Point不具有方向性,都是用戶自己建立的；Marker點可以用來定義構(gòu)件的幾何形狀和方向，定義約束與運動的方向等，而Point點常用來作為參數(shù)化的參考點，若構(gòu)件與參考