运动仿真操作步骤实例

3.1计算机仿真概述3.1.1计算机仿真的概念及其特点计算机仿真是指借助大量及高速存储数字计算及其相关技术，对真实复杂的系统的运行状态或者过程进行数字化规模的技术。简单的说其基本思想是利用物理和数学的模型来模拟现实运动过程，以减少真实运动的错误率。计算机仿真技术具有安全、经济、可重复性，并且具有不受气候、场地和时间限制的优势，被认为是除理论推导和科学试验之外人类认识自然和改造自然的新手段。计算机仿真技术被广泛应用于人类生产生活的各个方面，如：航空、航天、兵器制造、国防、船舶、电子电力、石化等工业，特别是应用于前沿科技装备的论证、研发、制造、生产、使用及维护过程。目前，计算机仿真已成为就国家关键技术和科研核心竞争能力的代表。计算机仿真按仿真技术的应用特点可以划分为仿真模拟训练、计算机仿真测试、虚拟制造等科技领域，其中计算机仿真测试又可以分为通用测试、机电仿真测试及射频仿真测试等。计算机仿真有以下几个特点：（1）系统模型快速求解：利用计算机，在较短的时间内就可以掌握仿真运算的结果(数据或图像)。（2）模型参数可调性：模型参数能够依据需要的计算机程序便捷的进行调整、修补，使研发人员能够了解各种可能的仿真结果，这为完善研究方案提供了非常大的方便。更使得计算机仿真与实物实验相比，运费更低、风险更小以及方便灵活。（3）计算结果的可靠性：在仿真的过程中需要保证程序、模型和系统三个方面的准确性，则其计算结果就一定是准确无误的。正是基于这些优点，目前，不论是在技术研发还是在科技探索领域或者在工业中，计算机仿真都凸显出了其强大的能力，如今已成为人们在研究复杂系统时的一种不可或缺的手段。3.1.2计算机仿真的研究热点及对制造业的影响计算机仿真行业是一个全球性的竞争行业。目前，以美国为首的第一世界国家公司凭着雄厚的历史研究底蕴和技术娴熟的仿真产品，在世界上的计算机仿真领域处于领导阶层，其中包括很多世界闻名的公司。而我国计算机仿真行业发展起步晚，在国内涉及的应用领域包括军用和民用两个。在相对开放的民用市场，国外企业凭借先进的技术和发达的销售网络处于市场优势地位。而在国防军工、航空航天、核能源和其他尖端核心技术等军用领域，受国防安全和国外禁运等多种因素影响，国外企业受到诸多限制，因此难以直接涉足。拥有国防军工资质的国内企业，特别是一些具有一定自主创新能力的企业，则可以凭借其产品和贴近终端用户的个性化服务享有相当的竞争优势。80年代以来，随着仿真技术的不断发展，在制造业方面取得了一项明显的进展—“虚拟制造”。根据这个概念，产品的设计和制造就能够在计算机中解决产品制造中可能出现的问题。虚拟产品开发(VPD——VirtualProductDevelopment)是计算机仿真技术在近年制造业中研究的另一个热点。虚拟产品开发就是在并行工程的指导下，把CAD、CS和大规模的产品数据管理系统综合在一起，从而形成一个虚拟的开发环境。研发人员可以在这个环境中策划产品、设计产品和预测产品在现实环境中的性能及特征，进而更好的检验设计理念，优化设计，缩短产品开发周期和费用。如今，仿真技术已从单一系统迈入开放复杂的综合体系。在制造业中，已经产生了类似于分布交互化仿真(DIS——DistrictedInteractiveSimulation)的虚拟研究开发中心或企业[10,12]。3.2Solidworks运动仿真简介在SolidWorks中，通过运动算例功能能够快速简洁的完成机构的运动仿真以及动画设计。其中，运动算例功能可以模拟图形的运动和装配体中各部件的直观属性，并可以实现模拟装配体运动、COSMOSMotion以及物理模拟，进而生成视频文件。使装配体运动的方式是添加马达，从而驱动并控制装配体运动，或者可以决定装配体在不同时间的外观。通过设定键码点，可以确定装配体的运动轨迹顺序（即从一个位置跳动到另一位置所需的顺序）。运动仿真的物理模拟用于装配体上的某些物理特性效果中，其中包括马达的模拟实现，阻尼系数的参数设定，弹簧的参数和效果设定以及引力在产品上的效应。COSMOSMotion用于模拟分析，并输出模拟单元（力、阻尼、弹簧、摩擦等）在装配上的效应，它包含了所有物理模拟中可用的工具，是更高一级的模拟[8]。在设计仿真动画的进程中，基本运用的是主程序中的装配体运动和物理模拟模块。Solidworks仿真动画的正常运行全部取决于装配体的配合，因此装配体的操作是Solidworks非常主要的部分。同时SolidwWorks可以与其它三维设计软件完美转换，能够对产品进行更深层次的分析[10,12,13]。3.3？？机构的运动仿真本文选用的是马达动画仿真，马达是指在软件中仿真多种马达的功能并且能使装配体实现运动的仿真功能，由于这不是一种力，所以其强度不会随零部件的大小或质量而改变。下面将简单的叙述？？？？？机构装配体的动画仿真过程：（1）打开文件“？？？？？装配体”。（2）使用运动算例模块，点击Solidworks左下角的按钮，展开运动算例界面，如图4-1所示：图4-1运动算例界面（4）在每次进行仿真之前，都要对装配体各运动部件进行键码，在运动算例工具栏中单击自动键码，效果如图4-2所示：图4-2自动键码效果图（3）添加马达。在运动算例工具栏中单击马达按钮，系统弹出如图4-2所示的“马达”对话框。图4-2马达对话框图4-3选取马达转动模型表面（4）编辑马达属性。在“马达”对话框中的【马达类型】中选择，在【零部件/方向（D）】中选择如图4-3所示的模型表面，在【运动（M）】中选择“等速”，此时，马达的转速值恒定。调整转速为30PRM(r/min)，其他选项则按照系统初值进行设定。如图4-4所示：图4-4马达属性设定（5）在“马达”对话框中单击按钮，完成马达的添加。（6）保存动画。在运动算例界面的工具栏中单击播放按钮，可以观察动画，在软件工具栏中单击保存按钮，命名为“装配体”，保存动画[7,8,10]。3.4仿真分析1.打开？？？？机构文件，如图4-5所示：4-5？？？？？机构2.开启SimulationXpress并设定选项单击SimulationXpress分析向导或单击工具、SimulationXpress设定选项，如图4-6所示：4-6（a）设定选项4-6（b）设定选项3.设定选项在欢迎标签上，为SimulationXpress设定默认单位系统。还可为储存分析结果设定文件夹。如图4-7所示。欲设定分析选项：1）单击选项，选项屏幕出现。2）将单位系统设为英制(IPS)。3）单击浏览到需要的文件夹，然后单击确定。4）复选在结果图解中为最大和最小值显示注解。5）单击下一步。4-7设定选项显示4.指派材料从SolidWorks材料库中给零件指定材料。机构是由合金钢建造的。欲将合金钢指派给零件：1）单击钢旁的加号以查看此类所有材料，如图4-8所示：4-8材料选取2）选择合金钢。3）单击应用。SimulationXpress将合金钢指定给该零件，“当前材料：合金钢”即会出现在屏幕上。5.应用夹具欲修复孔的面：1）单击下一步往下继续。2）为夹具键入一名称，如FixedHole。3）在图形区域中，单击孔的面。面1(Face1)出现在选择框中，夹具符号出现在所选的面上。如图4-9所示：4-9应用夹具4）单击下一步。FixedHole出现在夹具框中。5）单击下一步。载荷标签出现。6.应用载荷应用一3000磅的向下力。如图4-10所示4-10应用载荷7.欲应用力：1）单击下一步往下继续。2）选择力并单击下一步。3）在载荷名称框中键入DownwardForce。4）在图形区域中选择图例所示的两个面。面1和面2出现在选择框中。8.分析模型1）单击是(推荐)接受默认网格设定。2）单击下一步。3）单击运行。分析开始，并且一进展标识出现。如图4-11所示：4-11材料选取结果标签的第一个荧屏列举模型的最低安全系数大致为7.6，这意味着模型在指定的载荷和夹具下不应失败。9.计算最大力根据应力分析的线形静态假设，我们可计算最大力如下：每个面所应用的力为1500磅，估计的最低安全系数为7.6。我们给两个面的每个面应用大约为1500X7.6=11,400磅的力，零件的关键区域将开始屈服。10.更改单元大小研讨更改结果上单元大小的效果，更改默认的单元大小并重新分析零件。更改单元大小并重新分析零件：1）单击分析标签。2）单击不、我想更改设定，然后单击下一步。3）将滑杆拖到最右边位置。单元大小更新到5.3705，单元公差更新到0.26853。4）单击下一步。感叹号出现在分析和结果标签上。4-12更改单元大小5）单击运行。当分析完成时，结果标签出现。新的安全系数为7.7，与原有7.6的差异约为2%。此小差异表示以前的结果正确。11.生成对等的应力图解观阅应力：1）在结果标签上，单击下一步。2）在优化标签上选择否，然后单击下一步。3）单击给我显示模型中的应力分布，然后单击下一步。该程序生成对等的应力图解。12.生成合力位移图解查看合力位移：单击显示模型中的位移分布，然后单击下一步。13.生成HTML报告：1）单击生成HTML报告然后单击下一步。2）单击封页、简介、及结论，然后单击下一步。3）为报告标题、作者名称、以及公司名称输入信息。单击浏览包括一标志。键入报告的日期然后单击下一步。4）为简介键入所需的文字，然后单击下一步。5）为结论键入所需的文字，然后单击下一步。6）输入报告文件的名称。单击适宜打印的版本，这样报告图形可正确打印。7）单击下一步。通过设计？？？？的结构以及参数以及定义其运动方式，实现了机构的运动仿真。在机构的运行过程中，由于机构一直处于一个较平稳、缓慢的等速运动状态，并且，本文所设计的装配体结构较紧凑。所以在？？的远近休止期内并未发生干涉情况，机构运行状态较稳定。3.5本章小结本章通过简单概述计算机的仿真技术历史及理论，然后从简单到复杂的介绍了Solidworks软件中的关于的理论知识，接着结合实际使？？机构实现一步步的仿真，并生产了仿真动画。