基于Solidworks软件的虚拟样机技术及其应用

     机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展的一项新技术。其核心是机械系统运动和动力学仿真技术，同时还包括三维CAD建模技术、有限元分析技术、最优化技术等相关技术。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统性能，获得最优化和创新的设计产品。
     
     1虚拟样机分析技术
    
     1.1虚拟样机技术的研究范围
    
     虚拟样机技术的研究对象是机械系统。机械系统可以看作是多个相互连接、彼此能够相对运动的构件的组合。
    
     虚拟样机技术的研究范围主要是.①机械系统的静力学分析，即在一定条件下，将机械系统看作是刚性系统，系统中各构件之间没有相对运动，此时，主要分析在各种力的作用下，各构件的受力和强度问题;②机械系统运动学分析，主要涉及系统及各构件的运动分析，而与引起的力无关;③机械系统的动力学分析，主要涉及系统在外力作用下，各构件之间的运动关系，是运动分析和动力学分析的混合形式。
    

     1.2虚拟样机技术的相关技术
    
     一个优秀的虚拟样机设计系统的主要技术构成见图1。由图1可见，虚拟样机技术的相关技术主要包含6个方面o.}.,i①计算机辅助设计((CAD)技术。用于机械系统的几何建模，或者展现机械系统的仿真分析结果。②有限元分析((FEA)技术。可以用机械系统的运动学和动力学的分析结果，确定进行有限元分析所需要的外力和边界条件。或者利用有限元分析对构件应力、应变和强度进行进一步的分析。③驱动元件建模技术。虚拟样机技术还必须提供驱动力元件，还模拟各种载荷，比如电动力、风力等;④模型反求技术。利用实物进行测量，然后通过反求工程，快速建立机械系统模型。⑤控制系统分析技术。虚拟样机技术还可以运用控制理论，对机械系统进行运动仿真。或者，借助于其它控制系统分析软件，进行机械和控制系统的联合仿真分析。⑥优化技术。通过虚拟样机技术进行机械系统的优化设计和分析，确定最佳设计结构和参数，使机械系统获得最佳的综合性能。
    

     2  Solidworks虚拟样机技术软件集成
    
     CAD实体建模仅是整个设计过程的一环，Solidworks主要用于完成零件设计、装配体设计和自动生成工程图。基于三维特征元素的建模和面向特征元素的数据修改是通过Solidworks来完成的，并且二维、三维数据全相关，修改任何一个零件的二维尺寸，都会引起其三维零件图和装配图的自动修改，甚至与其有紧密联系的相关零件的尺寸也会变化;反之修改三维尺寸也会有同样结果。这样就可以实现完全的动态参数化设计。另外，Solidworks中有一个特征管理员，通过它可以随时随地修改某一特征元素的几何尺寸，而不必考虑各几何特征的相互关系和先后次序，极大地方便了设计人员，提高了设计效率。
    
     Solidwork。通过SmartTeam技术来创建和维护建模过程中的数据库，并通过API接日技术与FEA软件(cosmos/works)、动态装配软件(IPA) ,高级渲染软件(photo/works)、运动学分析软件(Cosmos/motion)和数控加工软件Camworks等子系统进行连接。其中IPA可以直观地显示大型装配体并对其各个零部件进行操作，可使设计人员在产品的设计阶段真实地看到产品的实际形状，并对产品进行交互设计。Cosmos/works将对设计进行动力学分析和力学校核，它与Solidworks共享单一的数据库。当给模型指定一个载荷时，设计的数据库即自动更新。Photoworks能迅速产生高级的渲染效果图，包括丰富的材质和纹理。用户可定义光源、反射度、透明度以及背景景象。IPA与Cosmoslmotion结合能进行全真的装配设计，能实现三维模型的运动分析和产品的功能仿真。整个软件系统集成的结构见图2。
    
     3、Solidworks虚拟样机设计方法
    
     根据Solidworks提供的功能特点，可以采取图的步骤和方法进行虚拟样机设计和分析。
    
     上述所有设计环节都可以在Solidworks软件界面中完成。另外，如果需要，基于Solidworks，的虚拟样机模型还可以和其他控制仿真软件(如Matlab)连接进行机械系统与控制系统的联合仿真。
    

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