虚拟样机技术论文范文
时间：2023-02-22 03:19:49
虚拟样机技术论文范文第1篇
Abstract： Through the statistical analysis on four aspects of papers' published year， involving fields， research agencies and the first author which is related to study virtual prototype technology application included in Chinese sci-tech periodical database of VIP， this paper summarized the research condition of application of virtual prototype technology in nearly 10 years， and found that the research institutions of application of virtual prototype technology focus on colleges and universities， and suggested enterprise should apply virtual prototype technology actively to improve their market competitiveness.
关键词： 虚拟样机技术；论文统计；计量分析
Key words： virtual prototyping technology；paper statistics；quantitative analysis
中图分类号：C53 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）09-0312-02
0 引言
虚拟样机技术是上世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程技术。设计人员在计算机上建立能够反映产品特性的样机模型，用样机模型代替物理样机在各种工况下进行仿真试验和分析，测试和评估产品的整体性能，进而不断改进和优化样机模型的设计，直至获得最优设计方案后，再制造物理样机[1]。虚拟样机技术改变了传统的产品研发和设计思想，极大地降低了产品研发和设计的技术风险和开发成本，缩短了研发周期，提高了产品性能，加速了新技术向产品转化的开发、研制与使用过程。进入21世纪以来，虚拟样机技术及其应用在发达国家已经获得重大进展，被广泛地应用于各个不同领域。世界众多著名的制造公司在生产开发过程中都广泛采用虚拟样机技术，设计、装机、测试都在计算机中模拟完成，保证了产品一次试制成功[2]。虚拟样机技术的应用，使企业能够以最低的成本快速推出产品，迅速抢占国际市场，提高了企业的市场竞争力，为企业带来巨大的经济效益和社会效益。
本文依托“维普中文科技期刊数据库”这一平台，通过对2003～2012年10年期间与虚拟样机技术相关的期刊论文的检索，采用论文计量学方法，对虚拟样机技术的应用研究论文进行统计分析，概括和总结我国虚拟样机技术的应用研究状况，以期为虚拟样机技术今后在我国更广泛地推广应用提供参考。
1 数据来源及分析方法
本文以维普中文科技期刊数据库收录的期刊论文为统计分析源，以2003～2012年为时间条件，以“全部期刊”为期刊范围，以“虚拟样机”为题名或关键词进行全部专业论文的检索，经过整理汇总，删除重复论文后共计2508篇。通过EXCEL将整理后的论文数据套录成数据库，采用论文计量学方法对论文的发表年份、涉及领域、研究机构以及第一作者等四个方面进行统计分析，概括和总结近10年来我国虚拟样机技术的应用研究状况[3]。
2 统计分析结果
2.1 虚拟样机技术应用研究论文年份统计分析 从图1和表1可以看出我国虚拟样机技术应用研究论文数量的增长态势。2003年至2009年期间，论文数量逐年增加，2004年和2005年，论文数量增加的幅度最大，之后增加幅度在逐年减小，2009年论文数量达到顶峰。这表明，2003年至2009年，我国虚拟样机技术应用研究发展得比较快，并取得了大量的研究成果。但是，从2010年开始，论文数量较大幅度减少，特别是2012年，论文数量减少到152篇。产生这种现象的原因有可能是近三年对虚拟样机技术相关的应用研究力度减小，也有可能是相关研究论文的产出以及中国学术期刊库的收录有一定时滞性[4]。
2.2 虚拟样机技术应用研究涉及领域统计分析 笔者对研究主题涉及到我国航空航天、国防军工、汽车与发动机、工程机械、矿产机械、农业机械、机器人与机械手、教育等领域的论文数量进行统计，结果显示，我国虚拟样机技术应用研究涉及各个领域，部分论文同时涉及多个领域，论文涉及领域分布情况见图2。论文产出居前三位的领域是汽车、工程机械、机器人，这表明，随着汽车、工程机械、机器人领域近十年来的迅猛发展，虚拟样机技术应用研究在这些领域中也取得了不斐的成果。
2.3 虚拟样机技术应用研究机构统计分析 在2508篇论文中，没有署名作者单位的共有23篇。笔者将论文作者的工作单位分为本科院校、科研院所、企业和大专院校四类研究机构，统计结果见表2。发文数量最多的机构是本科院校，为2145篇，科研院所、企业和大专院校发文数量分别为419篇、368篇、117篇，其中科研院所、企业、大专院校与本科院校作者合著的论文数量分别为280篇、244篇、46篇，本科院校的发文数量远远高于其他机构。这充分显示，本科院校是虚拟样机技术应用研究的主要机构。
2.4 虚拟样机技术应用研究论文作者统计分析 根据论文第一作者发文数量的统计结果可知，无作者数据的论文10篇，大部分作者1至2篇，发文数量排列前10位的作者见表3，其中，七位是本科院校的教授或讲师，二位是博士研究生，只有一位是科研院所的高级工程师，由此可见，本科院校的教授和教师是虚拟样机技术应用研究的中坚力量。
3 结论与建议
从“中国学术期刊网络出版总库”检索及分析结果可以看出，2003～2012年10年期间，我国虚拟样机技术应用研究发展迅速，至2009年达到顶峰，近年又逐渐回落；应用研究涉及领域极为广泛，研究成果比较多的是汽车、工程机械、机器人领域；应用研究的主要机构是本科院校，应用研究的主要群体是本科院校的学者和教师。本文的检索分析结果不一定能够全面反映我国虚拟样机技术应用研究状况，但从一个侧面反映了我国虚拟样机技术的应用研究机构和群体比较单一。
虚拟样机技术问世之后，得到许多发达国家制造商的高度重视，立即将这一先进制造技术引入企业的产品开发中，取得了很好的经济效益。我国是一个制造大国，虚拟样机技术的应用研究，不应仅在本科院校，不应仅有本科院校的学者和教师，更应广泛推广到企业和科研院所，让广大企业和科研院所的技术人员参与研究和应用。
面对日益激烈的市场竞争，我国企业应积极主动充分利用虚拟样机技术，减小产品的技术风险，缩短产品的研发周期，降低产品研发的成本，提高产品的性能，从而增强企业的产品开发能力，提高我国企业在世界制造业中的地位和市场竞争力。此外，虚拟样机技术的研究专家也应加强向企业推广虚拟样机技术，推动这一先进制造技术在我国企业和科研院所的普及和应用。
参考文献：
[1]郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2003.
[2]熊光楞，李伯虎，柴旭东.虚拟样机技术[J].系统仿真学报，2001，（1）：114-117.
[3]方良，李纯厚，贾晓平.马尾藻研究的论文计量分析[J].农业图书情报学刊，2009，（7）：93-96.
虚拟样机技术论文范文第2篇
关键词 虚拟样机；技术；机械；产品；设计
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）14-0065-01
为了使自身在市场上立于不败之地，很多企业都对产品的模式进行了更新，其目的是提高产品的效率及收益。随着社会的发展和经济水平的提高，竞争也愈发激烈，除了要减少成本以外，还要提高产品的质量和使用价值。
1 什么是虚拟样机
所谓的虚拟样机，指的是产品的多领域数字化模型的集合体，它包含了真实产品的所有特点。运用这种技术，可以对机器的零件进行模拟制造，从而在设计阶段提高产品的使用性能和质量。
用这种技术来对机械产品进行设计，对零件、结构、装配等部分进行分析，使机械产品的设计更加具有直观性和可视性。
2 基于虚拟样机技术的机械产品设计与建模方法
2.1 利用CAD软件建模仿真
在对机械产品进行设计的时候，必须要运用一系列的软件来对机械零件的设计尺寸进行分析，并且对机械零件开始进行一个一个的建模。这样就可以得到一个三维的图片，然后再对零件模型的表面、材质、质量、性能等进行虚拟的设计，从而进行仿真分析。
建模完成以后，再利用三维软件，将需要调入的零件模型进行装配，装配的时候要充分的利用平衡、垂直、重合等。装配还必须按照顺序来进行，比如先装配部件，然后再将部件模拟装配成样机。此外，可以通过运动集成模块来进行优化设计，这些模块有很多的优点，比如能够矫正机械的运行，能够注意到机械的位置、运行速度、性能是否正常。另外，这些模块还能够通过对尺寸的计算，优化整个机械的性能。
2.2 对产品结构件进行分析和仿真
在对机械产品进行设计的过程当中，除了必须要考虑设计中的运动以外，还要考虑所设计的零件是否有一定的承载能力，或者强度和性能是否符合要求。进行了建模以后，因为软件有一个比较好的接口，因此可以采用这种软件对机械的各个部分进行强度分析，分析的时候还要计算有限元，这样才能够使设计更加的合理。另外还要分析设计要求是否符合机械的使用要求，如果得出的数据证明虚拟样机的一部分不符合机械使用要求，那么，就只能重新进行修改。同时，这也是一个系统而繁杂的过程。
2.3 对行星架进行分析
行星架是机械的承载构建，如果机械的行星架设计不合理，就会影响到整个机械的使用。同时，行星架也是非常复杂的一部分，很容易出现轴的强度过低，而计算应力又会显得比较复杂。首先要在软件中创建几何模型，其次要导入其中，导入之后可以添加材料信息了，然后要根据装配体的情况，来设置接触选项，最后再根据参数来设计网格，施加载荷，并且求出结果。
3 虚拟样机技术在机械产品设计中的应用
我国对机械产品的设计经历了很多个历程，最先开始是二维技术，利用计算机来生成零件，或者是整机的二维图形，然后是三维技术，最后才是现在的虚拟样机技术。笔者总结了虚拟样机技术在机械产品设计中的应用，具体为以下几点。
3.1 采用ADAMS软件对运动仿真进行分析
这种方法比较准确可靠，而且还可以使数据无缝连接，但是建模功能却不好。我国很早就采用ADAMS软件应用到农业机械当中，最普遍的是用收割机、深耕机。同时，在不同机械系统工作的参数下，油菜物料在清选袋置中的运动规律也不同。
3.2 ADAMS软件和造型软件的联合仿真
这种方法是首先在软件中建模，然后再把建的模导入ADAMS中，这种方法的建模功能非常的好，而且仿真功能也很强大，但是在导入模型的过程当中，很容易丢失一些信息。20世纪90年代末，运用这种技术设计了播种机，实现了自动化和科学化的播种。此外，这种技术还被运用在马铃薯收获机当中。
3.3 ADAMS和控制系统分析软件的联合仿真
机械系统和控制系统是现代机械的主要发展方向，两者结合可以降低机械设计的复杂性，还能提高机械运动的效率。几年前，我国通过将ADAMS与控制系统的联合，研制出了弹性轴轴承系统在径向正弦载荷作用下的动力学特征。在农业机械方面，还研制出了马铃薯联合收获机输送臂，对输送臂的整个运行进行了分析和研究，提高了其使用性能。
4 虚拟样机技术的优点
4.1 缩短了产品的设计周期
虚拟样机技术在传统机械设计的基础上进行了改善，从不同角度、不同使用需求出发，缩短了产品的设计周期。此外，还提高了机械运行的性能。
4.2 降低了产品的开发成本
因为机械设计是一项复杂而系统的工作，需要耗费大量的人力、物力、财力，而虚拟样机技术虽然对计算机软件、硬件的要求很高，却降低了机械设计的总体成本。
4.3 提高了零件的设计效率
与传统的机械设计相比，虚拟样机技术只需要输入一个基本模型，便可以导出精确的几何，对于形状大致相似的一系列零件，只需要稍微修改一下，就能够生成新的零件，这样就提高了零件的设计效率。
5 总结与体会
现在，虚拟样机在机械设计中的运用越来越广泛，从过去的二维、三维发展到CAD建模，再到如今的虚拟样机技术。不但提高了设计效率，还降低了设计成本，整个设计过程也大大的被简化，使得机械产品本身的操作也变得简单易懂。
参考文献
[1]徐海枝.我国虚拟样机技术应用研究论文计量分析[J].价值工程，2013，32（9）：312-313.
[2]王磊，吴新跃.基于虚拟样机技术的齿轮啮合仿真研究[J].机械工程与自动化，2013（1）：29-31.
[3]童水光，王相兵，钟崴，张健.基于虚拟样机技术的轴向柱塞泵动态特性分析[J].机械工程学报，2013，49（2）：174-182.
虚拟样机技术论文范文第3篇
关键词 虚拟样机 建模 仿真
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A
On the Virtual Prototype Technology and its Modeling and Simulation
HUANG Di
（Huazhong University of Science and Technology Wenhua College， Wuhan， Hubei 430074）
Abstract Virtual prototyping technology to computer technology as the basis， a comprehensive multi-disciplinary technology to provide technical support for the design and evaluation of the product life cycle. Designers can achieve product design and product characterization in a virtual environment， so that it can respond quickly to market requirements， thus breaking the traditional design approach， shorten design time， saving design capital. This paper describes the machinery involved in modeling and simulation， control， and co-simulation areas， collaborative modeling and simulation methods needed for the final collaborative modeling from single to multiple disciplines and areas of the implementation process.
Key words virtual prototype； modeling； simulation
0 引言
由于现代科学技术的发展，机电一体化产品的开发经历了串、并行开发，到基于虚拟样机的开发过程。而开发过程中解决多领域协同设计的有效途径就涉及到了虚拟样机技术。它的设计开发涉及机械、可视化、协同仿真、数据库等多个学科领域，它提供一种加快机电一体化产品设计进程新的技术方法和支持环境。
1 虚拟样机技术的概述
1.1 虚拟样机技术的定义
虚拟样机是在CAD/CAM/CAE和物理样机基础上发展起来的，它包含有所有产品的关键特征。
它是以一定关系模拟一个动态系统，在一个或多个领域模型上，依赖不同子系统的集成，采用计算机辅助的方法，以达到认识现实或辅助设计的目的。
1.2 虚拟样机技术的优势和局限性
在机电一体化产品的设计中，若采用实物验证的方法的传统机电产品设计。首先是对产品进行局部设计，加工出物理样机，再进行调试，再对其各种行为进行评估。若不满足使用要求则选择返回修改设计，然后再加工出新的样机，如此反复评估直至满足所需要求为止。
虚拟样机技术应用在机电产品的开发设计过程与传统设计步骤相差不大，主要差别是虚拟样机技术集合各个领域的理论和技术在计算机上直接进行建模与仿真，它在产品设计阶段，能够对产品使用、制造、维护等行为进行评估分析，优化产品性能指标，保证设计出来的产品能够达到制造、使用和维护的要求，并且它的修改直接改变建模的数据即可。因此，虚拟样机技术的优势在于：缩短了研发周期、节约研发资本、实现资源共享。
但是，虚拟样机技术涉及的学科领域太广，技术复杂，给设计者提出了很高的要求，而且，对于一些复杂的问题的计算上无法得到精确的解，只能是尽量的将误差控制在允许的范围内，所以技术本身的不成熟和不完善也在一定程度上制约了它的发展。而且在对产品进行建模时，很难建立理想的、完整的模型，因此虚拟样机始终无法取代物理样机。①
1.3 虚拟样机技术的支撑环境及关键技术
图1 虚拟样机支撑环境框架
虚拟样机的开发和设计当中，在每一个阶段都涉及到多个领域的相关技术，比如在产品设计阶段就涉及到CAD/CAM/CAE等CAX技术和DFX技术，在产品特性分析阶段涉及到机械系统运动学等相关技术，而在分析结果的时候又涉及到可视化技术和动画技术。因此，虚拟样机技术需要强大的支撑环境来保证这些相关技术的操作和相互之间的数据交流平台，其所需要的支持环境框图如图1②所示
在这些支撑环境中，存在一些关键技术，这些关键技术的发展情况直接影响着整个支撑环境的发展。比如多领域的协同仿真――“建模-仿真-评估/优化”一体化平台、高层建模技术、仿真模型库构建与管理技术以及分布式协同仿真技术等。
1.4 虚拟样机技术的应用与发展现状
虚拟仿真技术在美国、德国等一些发达国家早已被广泛地应用于汽车制造、机械工程、医学等各个领域，产品的涉及由简单的照相机快门技术到庞大的工程机械技术，如John Deere 公司通过虚拟样机技术找到了在重载下工程机械的自激振动问题的原因，并提出了改进方案，这同样在虚拟样机上得到了验证。
国外的虚拟样机技术已走向商业化，美国机械动力学公司的机械系统自动动力学分析软件ADAMS是目前比较有影响力的软件。其中ADAMS占据了市场的50 % 以上，其它软件的还有Folw3D、ANSYS 等等。
国内的企业虚拟样机技术主要是集成现成的国外软件应用上，如PRO/E、ADAMS、ANSYS 等，国内企业对国外软件的依赖性强。有些单位会为了满足设计分析的需要而采用对市场上现有软件进行二次开发。
2 虚拟样机的模型建立
2.1 虚拟样机的设计原理
作为研究动态系统行为的有效方法，虚拟样机涉及几何信息，同时虚拟样机系统具有运动模拟、操作模拟和动力学模拟等物理边界条件，提供人机交互虚拟现实三维场景的工具。其一般设计原理可归结为如图2所示。
图2 虚拟样机设计原理图
2.2 机电产品的功能模型分析
影响此类机电产品系统的设计过程和设计方法是在功能逻辑上的构成方式和在物理上的组成方式。在物理组成上，机电一体化产品包含机械结构，机电接口、运动系统、计算机等多种电子、机械零部件。③
将机电一体化产品划分为控制子系统、广义执行机构子系统、检测子系统、传感及信息处理的是上海交通大学的邹慧君教授，④这就是所谓的三子系统论。如图3所示：
图3 机电系统的三子系统的组成及其关联
图4 广义执行机构建模步骤框图
2.3 广义执行机构的建模与求解
广义执行机构子系统主要包括驱动元件和执行机构两大部分，它们的建模与求解主要分为几何建模、物理建模、数学建模、数值求解和结果分析，其步骤如图4所示。
几何建模，主要是建立所设计虚拟样机的执行机构的几何模型，它可以用几何造型软件Pro/E、UG等导入，也可以由ADAMS几何造型模块构造，但有些软件之间的相互导入需要接口模块，例如Pro/E与ADAMS之间需要MECHANISM/Pro借口模块来实现无缝连接。⑤
物理建模，形成表达系统力学特性的物理模型，对几何模型施加外力或外力矩、运动学约束、力元（内力）、驱动约束等物理模型要素。
数学建模，由物理模型组装成系统运动方程中的拉格朗日坐标或笛卡尔坐标建模方法创建各系数矩阵，得到系统数学模型。
2.4 控制子系统的建模与求解
可以利用MATLAB建立控制模型。驱动执行机构的运动通常有开环方式和闭环方式两种，开环方式是在驱动器与执行末端之间建立约束关联，执行末端为反向运动学驱动；而闭环方式是以期望参考信号与传感器探测的数据进行比较从而得到控制信号。连续――离散混合信号处理的运动控制模型就是采用闭环控制方式。
2.5 协同建模
控制实现的多学科协同与多体动力学的建模可以在ADAMS/ Controls 模块中的与控制仿真软件的接口上。它首先导出ADAMS动力学模型，然后导出动力学模型到控制仿真环境最后构建动力学一控制集成模型。
3 虚拟样机的仿真实现
在建立共享的集成模型基础上进行仿真运行，有基于MATLAB 和基于ADAMS 两种解算方式：⑥
3.1 基于ADAMS的方式
求解线性或非线性的结果在在ADAMS 环境中虚拟样机控制子模型的共享模型进行仿真运行。
3.2 基于MATLAB的方式
机械动力学解算通过在MATLAB 环境中植入的ADAMS 模块控制运用解算控制仿真软件求解器，它们通过S函数（S-function）或状态空间（state -space）进行接口变量的联系，在MATLAB/ Simulink 中观察并输出仿真曲线，同时，可以观察到虚拟样机的三维仿真运行动画和生成仿真结果数据文件。
4 小结
虚拟样机技术为机电一体化产品的设计提供了一个支持环境和新的方法，它与传统的技术相比，缩短了研发周期、节约研发资本，实现资源共享、提高产品质量，因此它目前广泛用于汽车制造、航空航天、机械工程、医学等各个领域。
整个虚拟样机技术的关键是虚拟样机的仿真和实现，从单个领域的建模仿真到多个领域的协同仿真，从几何建模到物理建模到数学建模到数值求解再到结果分析，这一系列的过程涉及到多个领域的关键技术。因此，要做好虚拟样机技术，一方面要依赖于其本身技术的发展，另一方面则要求设计者本身具备过硬的专业技术知识以及配置完备的团队。
参考文献
① 李丹，李印川.虚拟样机技术在制造业中的应用及研究现状.机械，2008（6）总第35卷：2-3.
② 宁芊.机电一体化产品虚拟样机协同建模与仿真技术研究.四川大学博士毕业论文，2006：21-22.
③ B.Jung，M.Latoschik， I. Wachsmuth： Knowledge- Based Assembly Simulation for Virtual Prototype Modeling. IECON'98- Proceedings of the 24th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society， Vol. 4， IEEE，1998：2152-2157.
④ 邹慧君等.机电一体化产品概念设计的基本原理.机械设计与研究，1999.15（3）：14-17.
⑤ Zheng Wang， Zhenyu Liu ， Jianrong Tan， Yun Fu， Changjiang Wan，A virtual environment simulator for mechanical system dynamics with online interactive control，Advances in Engineering Software，2006：631642.
虚拟样机技术论文范文第4篇
Abstract: In the actual use of artillery, due to the limitations of testing means and ball firing is dangerous, we can not make a good judge on the working condition of reverse recoil device. This paper takes the virtual prototyping technology as the studying means to evaluate the work performance of the reverse recoil device of artillery, to test the credibility of the virtual prototype through the simulation results.
关键词：某型火炮；虚拟样机；建立；可信性验证
Key words: a certain type of artillery；virtual prototype；establish；verification of the credibility
中图分类号：E2 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）35-0036-02
0引言
火炮的反后坐装置被称为火炮的“心脏”，目前火炮在实际使用过程中，由于测试手段的局限性，而且进行实弹射击危险性较大，不能很好的判断反后坐装置工作是否正常。我们利用虚拟样机技术对火炮反后坐装置的工作性能进行评估，通过仿真试验结果，来检验虚拟样机的可信性。
1虚拟样机的建立过程
我们在Pro/E的环境中按照火炮各体的实际尺寸和动力学特性进行实体建模。对组成火炮系统的各体施加约束力。在此基础上，将实体模型转换成ADAMS环境下的具有动力学参数的实体模型[1,2]。Pro/ENGINEER是由美国PTC（参数技术）公司研发的的三维建模软件广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航空航天、家电、玩具等行业，是一个全方位的3D产品开发软件[3]。ADAMS是一个动力学分析软件，它能更好地解决复杂系统的动态指标参数[4,5]，按照美国MDI公司开发的通用动力学仿真软件ADAMS和美国PTC公司的CAD软件Pro/E作为基本建模工具，两者之间的接口采用MDI公司开发的ADAMS与专用接口模块Mechanism/Pro（简记为M/Pro）建模的过程如图1。
本系统需要运用ADAMS作为辅助，结合Fortran语言编制仿真模型的用户自定义程序。在ADAMS环境下获得可以仿真火炮动态特性的虚拟样机模型。具体模型如（图2、3、4）：
2虚拟样机可信性验证
由于火炮实弹射击试验具有一定的危险性，因此需要专门的试验场地和多方面的人力保障，而且在试验过程中需要通过特殊的测试手段、运用专门的仪器设备才能对火炮的各种参数进行测试，以致于试验成本较高。建立火炮虚拟样机的过程，是一个不断建模――验模――再建模的过程，对于任何仿真试验结果都应进行试验验证，以检验其仿真结果的可信度。由于受经费、场地和测试手段等诸多因素的制约，我们选用某型火炮的定型试验报告提供的火炮测试参数的相关数据和图表曲线，来考核和检验虚拟样机仿真输出结果的准确性。火炮进行定型试验是为了全面检验和考核火炮的战术、技术指标和安全性，通常要对火炮射击时的各主要状态参数进行综合性测试，而且为保证测试数据的准确性，通常对火炮某一测试项目要进行多次试验反复测试，所以试验测试数据既有单发射击的图表曲线，又有多发射击试验数据的统计平均结果，因此运用火炮设计定型试验的数据结果可以对所建立的火炮虚拟样机进行更充分、更全面的考核和验证。
现代火炮采用了反后坐装置后，其炮身通过反后坐装置（驻退机和复进机）与炮架弹性相连，火药气体作用于炮身产生的腔内压力Pp t通过驻退机和复进机进行缓冲，因此炮架的受力由原来的炮膛合力Pp t变为反后坐装置提供的后坐阻力R。实践证明反后坐装置的应用使得炮架实际受力仅为炮膛合力最大值Pptm的几十分之一。反后坐装置的作用如此重要而常常被称为火炮的“心脏”，为此反后坐装置内的各相关动态参数已成为衡量火炮动态性能的重要指标。通常火炮的分析计算和试验测试也都重点考核这些指标参数，所以本文也以这些指标来考核虚拟样机的准确性。
2.1 反后坐装置的作用①可以极大地减小火炮射击时的受力；②将全炮的后坐运动变为可控制的炮身沿炮身轴线的后坐运动，并使其射击后自动恢复到射前位置。
2.2 反后坐装置的动作原理火炮射击时，后坐部分的后坐阻力主要由反后坐装置所提供。反后坐装置不同于一般的缓冲阻尼器系统，它实际上是一个结构复杂的缓冲阻尼装置，通过改变流液漏口的面积改变后坐阻力，使其满足一定规律而达到有效控制后坐运动和受力的目的。后坐开始时，驻退机内液体在工作腔分流为两股液流，一股经节制杆与节制环之间的环形漏口流向非工作腔，另一股由驻退杆内壁与节制杆之间的环形通道，经调速筒流入内腔。由于驻退杆不断抽出，驻退机外腔的液流在活塞压强作用下分别流向驻退机非工作腔和内腔。为保证火炮在整个后坐行程上全程制动，驻退机内腔始终充满液体，其压强p2>0。在对驻退机进行试验测试时，主要测试驻退杆外腔和内腔的压强，针对复进机的测试也主要测试其腔内气体压强。
后坐部分复进时，驻退机内腔压强p2>0，内腔液体在其作用下流回外腔。由于真空的存在，驻退机非工作腔在复进开始一段距离内压强为零，只有内腔液体存在压强，复进时驻退机内腔的压强对反后坐装置的影响也很大，在试验鉴定时也作为一个测试项目。复进机的作用是在后坐过程中提供后坐阻力和在复进过程中提供复进动力。在后坐开始时，复进机腔内气体压强不为零，之后随后坐行程增加而逐渐增大，至后坐终止时腔内气体压强达到最大，在复进时其腔内气体压强与后坐时一致。因此，测试复进机内气体压强时只对后坐时的情况进行测试。
2.3 虚拟样机仿真数据的可信性分析反后坐装置使火炮由刚性后坐变为弹性后坐，并贮存后坐能量，使后坐部分在后坐终止后可以转为复进。反后坐装置之所以称为“火炮的心脏”，是由于该装置的可靠性将直接影响整个火炮工作性能，甚至使整个火炮丧失工作能力。因此，在火炮设计定型试验时，将反后坐装置作为试验测试的重点，针对反后坐装置的测试项目，主要包括驻退机内外腔压强、复进机腔内压强、后坐速度和复进速度等，进而通过求得最大后坐阻力，来检验反后坐装置的功能是否满足给定的指标要求。综上所述，利用定型试验数据验证所建火炮虚拟样机的真实性是可行的。
2.4 虚拟样机仿真数据与定型试验数据对比本文选择对某型火炮的仿真结果与试验数据结果进行对比验证，各项目的试验测试曲线如图5所示，其中：p1为后坐时驻退机外腔压强；p2为后坐时驻退机内腔压强；p′2为复进时驻退机内腔压强；v为后坐速度；v′为复进速度；pΠ为后坐时复进机腔内气体压强；R为后坐阻力；t为后坐时间；t′复进时间。本文选择与定型试验一致的试验条件，充分利用并对照定型试验的测试项目，对各测试项目进行虚拟样机仿真。火炮射击初始条件为0°射角、全装药、底盘着地射击，驻退机和复进机中的有关数据来源于火炮设计说明书，各结构尺寸存在一定公差范围，本文均采用其标称尺寸。
2.5 由数据对比表得出结论
2.5.1 复进机压强是后坐位移的函数，其值基本与试验数据相符；
2.5.2 后坐和复进速度、后坐阻力值及变化趋势与仿真曲线基本相符；
2.5.3 对于后坐时内腔的压强，利用伯努利方程可以求得内、外腔压强和液体流速的关系：p1-p2V（1）
其中，p1为外腔压强，p2为内腔压强，其它符号含义见文献[6]。
由式（1）可知，驻退机内腔压强与外腔压强的基本趋势一致，随着后坐速度降低，二者压强差别逐渐变小。
2.5.4 驻退机的内、外腔压强在出现峰值的时机与仿真数据曲线有所不同，导致结果不同的原因可能是在虚拟样机仿真时，虽然我们在制作各部件的时候采用的尺寸数据为标称值，但是实际加工的部件存在一定的误差，从数据结果看，制作的节制杆直径有一定误差，导致流液口面积的变化。对于复进时内腔的压强，真空消失过程不是一个突变的过程，而是一个渐近的过程，因此在非工作腔产生一定的压强，然而理论上认为复进真空消失之前，非工作腔不提供压强，从而导致在复进开始段仿真得到的压强值稍大。
虚拟样机仿真曲线与试验测试数据相比虽有一定误差，但基本与试验数据相吻合。宏观而言，后坐和复进速度的基本趋势与试验数据一致，最大后坐阻力基本规律一致，说明了所建虚拟样机的正确性，利用该虚拟样机对火炮宏观动力学特性进行研究是可信的，所建虚拟样机模型是满足工程上应用的。
参考文献：
[1]杜中华．基于ADAMS的某型炮闩系统动力学仿真研究[D]．石家庄：军械工程学院硕士学位论文，2001.
[2]杜中华，薛德庆，赵迎红．Pro/E和ADAMS传递过程中若干问题的讨论[J]．机械与电子，2003, (2): 68-70.
[3]刘竹清．Pro/E Wildfire入门与提高实用教程[M]．北京：中国铁道出版社，2003.
[4]李军，邢俊文，覃文洁等．ADAMS实例教程[M]．北京：北京理工大学出版社，2002.
[5]石博强，申焱华，宁晓斌等．ADAMS基础与工程范例教程[M]．北京：中国铁道出版社，2007.
虚拟样机技术论文范文第5篇
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．
[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．
[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，（2）．
[6]谢翔，张明丽，张丽丽．基于机构创新设计的虚拟实验关键技术研究[A]．第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C]．2012．
虚拟样机技术论文范文第6篇
关键词：虚拟制造技术；现代机械工程设计；机械制造；机械产品；机械设计
文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02
作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计
随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。
1虚拟机械制造技术
以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。
2虚拟制造技术的关键
虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：
2.1虚拟技术中的建模技术
虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。
2.2虚拟制造技术中的仿真技术
仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。
2.3虚拟制造中的虚拟现实技术
虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。
3机械虚拟样机技术介绍
虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计
中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。
4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势
4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力
虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。
4.2为机械系统建模带来便利
传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。
4.3强大的后期处理能力
在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。
5结语
虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。
参考文献
[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．
[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．
[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．
[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．
[5]陶表达，姚桂玲．虚拟技术在现代机械产品研发中的应用[J]．湖北第二师范学院学报，2010，（2）．
[6]谢翔，张明丽，张丽丽．基于机构创新设计的虚拟实验关键技术研究[A]．第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C]．2012．
虚拟样机技术论文范文第7篇
车辆模拟器具有工况设置方便、试验重复性好、安全性高等优点,在驾驶培训、车辆新产品的研究和开发、人—车—环境试验中有着重要作用,良好的车辆运动模拟技术是车辆模拟器质量的保障。本文以“车辆人—机—环境模拟器”项目为依托,围绕车辆模拟器运动模拟技术中三维虚拟道路建模、车辆动力学建模与仿真、动感模拟算法等展开研究。提出了随机激励路面轮廓三维高程数据生成方法;对Vortex车辆动力学建模特别是车辆悬架参数的设置进行阐述,并给出了车辆动力学仿真的实例;提出了基于六自由度平台杆长的模糊自适应动感模拟算法,最后建立了车辆动力学、动感模拟算法与六自由度平台虚拟样机组成的车辆模拟器开发综合仿真平台。 论文阐述了项目中车辆模拟器的组成及工作原理,阐述了模拟器运动感觉模拟的机制,对模拟器运动系统做了详细的介绍,为车辆模拟器运动模拟技术奠定基础。
给出了车辆模拟器三维虚拟道路建模所需的路面轮廓数据和路形数据建模和生成方法,为车辆动力学仿真提供路面激励数据。利用路面不平度二维功率谱密度的表达式,通过二维傅里叶逆变换法得到了路面轮廓不平度三维路面高程数据生成方法,生成的高程数据的功率谱特性和各向同性特性均优于已有方法。推导了路面轮廓中包含的随机瞬态成分的空间位移特征与路面等级的关系,提出了三维空间内随机瞬态成分生成方法。根据道路路形特征给出了三维空间曲线道路建模方法,并采用线切割方法将道路与地形进行了融合。
阐述了Vortex车辆动力学建模的方法和流程,针对Vortex车辆动力学参数化建模的特点,设置不同的悬架参数,进行车辆行驶平顺性和稳定性仿真,然后进行结果分析对比。对不同路面类型以及各种车辆运动的典型工况进行了动力学仿真,为动感模拟算法的设计和优化提供数据支持。 针对经典动感模拟算法参数不能在线实时调整而导致平台空间利用率低的问题,在经典动感模拟算法和基于平台单自由度约束的模糊自适应动感模拟算法的基础上,提出了基于平台杆长约束的模糊自适应动感模拟算法。
首先解决了动感模拟算法中输入信号预处理、倾斜角速度限制环节处理以及自由度解耦等几个问题,然后提出了模糊自适应算法的原理与模糊自适应规则,并对几种动感模拟算法进行了仿真分析对比,结果显示基于平台杆长约束的模糊自适应动感模拟算法具有参数调节简单意义明确、调节作用平滑无冲击、不需要考虑多自由度之间耦合作用的优点,能充分利用平台的运动空间而提高动感模拟逼真度。
建立了车辆动力学、动感模拟算法、六自由度平台虚拟样机的Vortex、Simulink、 ADAMS联合仿真系统。首先阐述了联合仿真系统的组成、原理及作用,然后建立了六自由度平台ADAMS虚拟样机模型,并将其与Simulink相联接。以动感模拟运动的可视化与数据监控以及蛇形试验专用动感模拟算法为例,对联合仿真系统的应用进行了举例说明。
虚拟样机技术论文范文第8篇
论文摘要:介绍了大型图形用户界面有限元软件、疲劳寿命预测模型、疲劳寿命可视化、可靠性可视化实现方法等结构疲劳寿命以及可靠性可视化技术。阐述了先进的基于“全场”疲劳寿命、可靠性可视化技术的产品虚拟疲劳设计思想。以有限元软件ANSYS为平台，自行开发了基于结构疲劳寿命、可靠性可视化技术的外部模块，并采用该模块对某战斗机起落架框进行了“全场”疲劳寿命、可靠性可视化分析。
疲劳与可靠性是产品设计过程中需要考虑的重要环节。目前，基于产品结构可视化技术的虚拟设计思想，已成为现代产品设计与优化的潮流。工程师利用计算机，能够在无需产品样机的前提下即可通过CAE工程分析软件在虚拟环境中快速、全面、有效地获得“虚拟样机”的相关性能，如产品结构的应力分布、疲劳寿命和可靠性等。然后在此基础上，对“虚拟样机”进行“全场”的寿命分析与优化，进行所谓的“一次就对”的设计，可大大避免设计的盲目性，缩短产品开发周期，降低成本。
1、结构疲劳寿命、可靠性可视化技术
1.1结构寿命、可靠性可视化开发平台—图形用户界面有限元软件
随着有限元法及数值模拟技术在工程中的广泛应用，目前，国际上出现了一批著名的图形用户界面有限元软件，像ANSYS,NASTRAN等。这些软件将有限元分析、计算机图形学和优化技术紧密结合，已成为解决现代工程问题必不可少的工具，且具有如下共同特点：
(1)通用的数据接口。
可与许多知名的CAI〕软件，如AutoCAD, Pro/E等共享数据。利用数据接口，可精确地将在CAI〕系统下生成的几何模型传入有限元分析软件，而后准确地在该模型上进行网格划分并求解，这样用户可以方便地利用已有的模型，而不必因重新建模而费时耗力。
(2)友好的图形用户界面。
具有友好的图形用户界面，易学易用。用户通过这些界面可以方便地访问程序的各种功能、命令、用户手册;建立或修改模型;划分网格及加载;直观显示模型及计算结果等。
(3)开放的二次开发功能。
为用户提供了广阔的二次开发功能。通过系统提供的语言编程，可对有限元模型中相关的参量(如节点坐标、应力、应变等)实现如下操作或功能:定义参数、数组、函数;进行数学运算;分支和循环;宏操作等。系统甚至还允许用户利用高级语言(如Fortran语言)编写子程序，并把这些代码和系统提供的语言代码连接在一起，从而增加程序的灵活性。
由于目前知名的通用有限元软件大都具有如上特点，因此，当使用这些有限元软件对产品结构进行应力分析后，再结合具体的应力谱、材料的疲劳性能参数、适当的疲劳寿命预测模型、应力“准静态叠加法”、寿命概率分析以及这些软件的二次开发功能，便可计算出模型上每点的疲劳寿命与破坏概率分布，并将寿命、破坏概率结果在这些有限元软件的图形窗体中显示，即可实现结构“全场”疲劳寿命与可靠性的可视化。1.2疲劳寿命预测模型
目前，人们发展了各种各样的疲劳寿命预测方法，其中，S一N应力寿命法、e一N局部应变法以及基于断裂力学理论的疲劳裂纹扩展寿命方法，已成为三种经典的疲劳寿命预测方法。要实现结构疲劳寿命的可视化，必须计算出结构中每一点的疲劳寿命，显然，选择S一N应力寿命法和e一N局部应变法较为方便。
除了以上的疲劳寿命模型以外，还有许多较为复杂的疲劳理论模型，也可望在结构疲劳寿命可视化技术中取得应用。这些方法中较典型的有:多轴疲劳理论、磨损疲劳、接触疲劳、热机疲劳及蠕变疲劳等。
1.3结构寿命与可靠性可视化方法
如图1所示，结构疲劳寿命、可靠性可视化实现方法可分为如下几个步骤:
(1)把CAI〕系统下生成的几何模型传人有限元分析软件，并对其进行应力分析。
(2)根据应力计算结果，采用应力“准静态叠加法则”，并结合具体的应力谱、材料疲劳性能参数、适当的疲劳寿命预测模型及寿命概率分析，计算出模型上每点的疲劳寿命与破坏概率分布。
(3)通过有限元软件的宏命令，使模型每点的疲劳寿命、破坏概率在有限元软件的图形窗体中显示，即实现结构“全场”疲劳寿命与可靠性的可视化。
这里需要说明几点:
(1)结构疲劳寿命、可靠性可视化实现方法的第二步，可由vc,vs等语言开发的外部模块—疲劳寿命可视化模块来完成。
(2)结构上的很大一部分点应力可能很小，寿命很大，即出现所谓的“无限寿命”(譬如，大于10”载荷循环)。对于这些点，其寿命可以在分析时直接赋某一约定的长寿命值，如10”载荷循环，并视其破坏概率始终为0。
(3)要从材料常幅疲劳性能数据的概率分布，通过概率分析确定谱载下结构的疲劳寿命概率分布通常是很困难的。这里给出一种近似的“等寿命等概率分布”的确定原则，即:①用材料的S一N(或e一N)疲劳特性均值曲线和适当的疲劳寿命预测模型，算出结构上各节点的疲劳寿命N};②在图2材料常幅疲劳性能曲线上，得到寿命均值等于N;对应的名义应力S;(或名义应变e})及相应试验组的寿命概率分布Fr(N);③认为F;( N)即为寿命等于N，节点的寿命概率分布。
(4)采用图1的疲劳寿命可视化方法，不但可以直观地观察结构“全场”的疲劳寿命分布，而且还可以给出结构经历N次循环载荷后“全场”的破坏概率分布。
2、基于疲劳寿命、可靠性可视化技术的虚拟疲劳设计
图3给出了一种新的基于疲劳寿命与可靠性可视化技术的虚拟疲劳设计方案。从图3中可以看出，与传统基于实验的“设计一试验一调整”的产品设计方案相比，该方案相当于在传统设计方案中引人了基于疲劳寿命与可靠性可视化技术的虚拟疲劳设计思想。也就是说，在实物样机生产之前，通过虚拟环境下的疲劳寿命与可靠性可视化技术，对“虚拟样机”进行“全场”的寿命分析与设计优化，并使得第一个实物样机一经生产，便已是一个经过“疲劳优化”了的“好”产品，这样，大大避免设计的盲目性，提高了实物样机第一次或第二次就能通过疲劳试验的可能性，从而缩短了产品的开发周期。显然，在产品设计中，引人基于疲劳寿命与可靠性可视化技术的虚拟疲劳设计思想有如下优点:以疲劳寿命和可靠性为设计目标;试验只对“好”设计进行;“全场”疲劳寿命、可靠性可视化、产品结构的寿命、可靠度分布直观;不同设计方案设计的产品寿命评估更方便;实验与理论紧密配合，理论指导试验，试验验证理论;产品的设计是经过基于“全场”疲劳寿命分布优化的;产品性能好、开发周期短及开发成本低。
3、结构疲劳寿命与可靠性可视化技术在工程中的应用
采用上述的可视化技术，用VF3语言开发了以ANSYS为平台的疲劳寿命及可靠性分析可视化外部模块—Fatigue/ AN-SYS} Fatigue/ A.VSYS运行后的界面如图a所示。用户可以通过该界面，根据需求选择不同的寿命分析方法二当用户用AN-SYS对模型进行应力分析后，调用该模块便可以计算出有限元模型上各节点的疲劳寿命及其概率分布。然后，再通过相应的ANSYS宏命令，即可实现“全场”疲劳寿命与可靠性的可视化。
用ANSYS对某战斗机起落架框进行静力分析的应力结果,分别用Fatigue/ A1vISYS计算后给出的起落架框“全场”对数寿命分布，以及起落架框经过80 000循环载荷时的破坏概率分布。限于篇幅，这里具体分析细节和过程从略。
以全面地获得该起落架框的疲劳寿命分布信息，而且还可以直观地了解结构“全场”某时刻的破坏概率。根据这些计算结果，设计师可对该起落架的安全性进行全面的评估，同时还可在虚拟环境下，对该起落架框进行进一步的设计优化。
4、结论
虚拟样机技术论文范文第9篇
关键词：垂直振动压实；仿真；模拟
中图分类号：U415.52+1 文献标识码：A 文章编号：
根据对目前压实度检测系统的研究，要实现振动压路机对压实度的实时检测技术一般需要利用压路机振动轮的某一动态响应值来间接反映路基压实度的变化。此次仿真研究的目的就是利用虚拟样机技术模拟垂直振动压路机的振动压实试验，测量振动轮在碾压代表不同压实度路基模型时的垂直振动加速度幅值，为建立路基压实度和振动轮加速度幅值之间的对应关系提供数据支持。
1 垂直振动压实技术的特点
（1）垂直振动压路机的振动轮在激振机构的带动下产生的垂直方向上的定向振动，对被压实材料不会产生水平方向上的干扰力。垂直振动压路机施工过程中不会在振动轮的行驶方向上产出拥土，道路的表面没有松散层和裂纹出现，因此避免了传统振动压实之后还需要使用静碾压路机进行碾压的施工环节，施工效率在同等条件下提高了 3 倍。
（2）垂直振动压实之后，得到的铺层材料压实度均匀，质量稳定，密封性好。垂直振动还能够确保沥青和骨料混合物具有更好的均匀性和良好的道路表面粗糙度。
（3）垂直振动压路机适用于各种压实材料及工况，广泛应用于砂土、土石填方、沥青混合料以及水泥混凝土的混合料，其作业时的击实能量沿道路的表面垂直向下传递，具有很小的道路表面波动，因此施工过程中对周围的环境影响较小，具有一定的环保意义。
2垂直振动压实仿真的理论分析
垂直振动压路机压实路基数学模型的建立是基于以下假设的：
（1）振动压路机的减振系统和随振的压实材料被认为是弹簧—阻尼单元，而且弹簧--阻尼认为是没有质量的；
（2）假设垂直振动压路机的振动轮和所有相关的机架均为刚性体，而且将它们看成是具有一定质量的集中质量块；
垂直振动压路机在高频低幅或者低频高幅下进行工作时，其它机械参数是不变的，只有路基材料的结构和物理性质发生变化，从振动轮垂直振动加速度的推导结果也可以看出压路机在工作时振动轮的垂直加速度和代表压实材料的刚度和阻尼有关。
振动轮在压实过程中的动力学响应与被压实材料的压实度有着紧密的联系，振动轮在垂直方向的振动加速度响应和压实材料的刚度正相关，与阻尼负相关。随着压实度的增加，代表压实材料的刚度增大，阻尼减小，因此垂直振动压路机振动轮的垂直振动加速度和压实度是正相关的，而且这种规律具有普遍性不因为被压实材料的改变而不同。因此，在ADAMS 利用虚拟样机模拟振动压实试验，以测量振动轮垂直振动加速度的基频幅值来反映压实材料的压实度是可行的。
3垂直振动压路机的压实仿真模拟
在垂直振动压路机的施工过程中，压实材料的物理特性是不断变化的，而在仿真环境下压实材料的这种变化是通过材料本构模型物理参数的改变来描述的。振动压实系统动力学模型中的刚度和阻尼只是压实材料的模拟参数，其数值是大都是通过经验来确定，不能通过土工试验来测定，在描述压实材料的物理性能上存在很多的不足。而在 ANSYS 中以本构模型为理论基础建立起的路基仿真模型更接近于路基真实的物理性能。
通过改变路基材料在不同压实度下本构模型中物理参数的值建立起同种路基材料的不同仿真模型，构成多组振动压实仿真模型模拟实际的振动压实试验。每一组模型完成一次仿真之后即可获得在不同压实度下的振动轮垂直振动加速度，通过幅频变换得到其在基频下的加速度幅值。垂直振动压路机的虚拟样机工作参数为振幅 2mm，激振频率为 29Hz，行走速度为 3km/s。某路基材料不同压实度下本构模型的基本物理参数如表 1 所示。
表1 路基材料的基本物理参数
利用 ADAMS/View 的后处理模块采集垂直振动压路机的虚拟样机在碾压压实度为67%的路基模型时振动轮的垂直振动加速度信号波形如图 1~图 2 所示。
图 1 碾压压实度为 67%的路基模型时振动轮垂直振动加速度信号
图 2振动轮垂直振动加速度信号的频谱图
从振动轮加速度信号的波形图可以看出：随着路基模型压实度的不断增加，振动轮的垂直振动加速度信号的幅值也在不断增大，这与理论分析和相关文献的论述是相符合的；从图 5-8 振动轮垂直振动加速度信号的频谱图可知读取振动轮振动的基频为 29Hz，这与振动轮的激振频率是一致的，说明 ADAMS/View的后处理模块能对虚拟振动压实的振动信号进行准确的采集，所建立的仿真系统也是可行的，采集的仿真数据具有一定的研究价值。
4 垂直振动压路机的路基压实状态分析
垂直振动压路机在代表不同压实度的路基模型上进行振动碾压时其振动轮将会有不同垂直振动加速度响应。表2为垂直振动压路机虚拟样机在碾压不同压实度路基模型时获取的振动轮垂直振动加速度信号在基频下的响应幅值。利用基频下振动轮垂直振动加速度的幅值对路基模型的压实度进行标定50，从而实现利用振动轮的动态响应来反推路基压实度的目的。
表2 不同压实度下振动轮垂直振动加速度的幅值
图6 为振动轮的垂直振动加速度和路基压实度之间的对应关系，振动轮垂直振动加速度在基频下的幅值和路基压实度之间通过数据拟合建立起的线性关系式为：
Y=2.617x-65.821；R2=0.9731 （1）
式中：y—路基压实度；x—振动轮垂直振动加速度幅值；R—相关系数。
这种检测方法实现了对路基压实度更全面的检测，能够更好的控制施工质量，随时发现被压实路段存在的缺陷，避免了人工检测工作量大和测点不足容易出现漏检的问题。
5结束语
论文实现了垂直振动压路机压实路基的仿真过程，测得了振动压路机的振动轮在碾压不同压实度的路基模型时在垂直方向上的振动加速度，并根据数学模型计算的结论建立起了振动轮垂直振动加速度和路基模型压实度之间的线性关系式，为建立振动轮动态响应和路基压实度之间的关系提供了一种仿真方法。
参考文献
[1]杨国平.现代工程机械技术[M].北京：机械工业出版社，2006.
[2]杜静，何玉林.机械 CAD/CAE 应用技术基础[M].北京：机械工业出版社，2008.
虚拟样机技术论文范文第10篇
关键词 UG；ADAMS；焊接机器人；建模；联合仿真
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671―7597（2013）031-060-02
随着人类社会进步的加快，科学技术水平的不断提高，人们对产品的要求也越来越高。这就需要提高产品质量，同时缩短开发周期。此时以仿真技术和系统建模为核心的虚拟样机技术得到了的广泛应用，在真实的产品没有真正生产出以前就对它进行仿真模拟，这样的话防止各种设计缺陷的存在。其中一款具有代表性的软件系统：机械系统动态仿真软件ADAMS，这一款软件包括了高效的求解器、可视界面、各种简便的建造模型的工具和具有强大功能的后处理模块等，利用ADAMS软件来对机械系统的结构进行分析，在物理样机设计之前就可以对数控玻璃磨边机产品的各种性能进行测评，不仅能够降低开发费用，而且能够减少开发周期，很大的提高了机械系统仿真的效率。ADAMS在机械系统运动学、动力学和静力学仿真方面的功能十分的强大，但是当ADAMS软件建立一些比较复杂机械系统的时候，就会比较困难。这方面常见的就是使用UG软件和ADAMS软件结合来开发复杂的机械系统的虚拟样机。
1 UG软件和ADAMS软件的介绍
UG（Unigraphics NX）是一个产品工程的解决方案，它是由Siemens PLM Software公司出品的一款软件，它为用户的加工过程及产品设计提供了数字化模型和检验的手段。UG Unigraphics NX根据用户的工艺设计和虚拟产品设计的要求，提供了解决方案，这种解决方案是经过实践验证的。UG具有三个设计层次，即子系统设计、组件设计和结构设计。所有的信息被分布于各子系统之间。
本论文使用的运动仿真软件是由美国MDI公司进行开发设计的ADAMS软件，这款软件是现在最具权威性的机械系统运动学与动力学仿真的软件。它的求解器是使用的拉格郎日方程来进行建立系统运动学和动力学方程，对虚拟的机械系统进行运动学和动力学的分析，并且在分析之后输出加速度、反作用力、速度和位移的曲线，整个运动的过程是通过在计算机上建立虚拟样机来模拟复杂的机械系统的。其中ADAMS软件的核心模块包括ADAMS/View和ADAMS/Solver。
2 ADAMS和UG的运动联合仿真
在利用ADAMS和UG进行运动联合仿真设计的时候，通常我们现在先在UG软件当中建立三维模型，建立模型的过程：首先通过二维图纸在UG软件中建立三维零件模型，然后在将零件进行装配同时进行干涉检查，最后将建立的三维装配图形导入到 ADAMS软件当中，在ADAMS软件中首先对三维装配图形的仿真参数进行设定，这样就产生了参数化的机构模型，最后进行运动学和动力学的仿真。下图1所示的就是一般情况下的联合仿真设计流程。
3 焊接机器人联合仿真分析
3.1 UG三维建模
焊接机器人主要有底座、躯干、肩、手臂、手腕、机械手6部分组成。在UG中建立焊接机器人的各零部件，装配后得到焊接机器人实体模型，见图2所示。
3.2 三维模型导入ADAMS
在UG中，选择“文件”“导出”Parasolid，然后打开ADAMS，选择FileImport，弹出文件导入对话框，在File Type下拉框中选Parasolid类型，然后在File To Read选择栏中点右键选择Browse，最后选择读入UG输出的文件。三维图导入到ADAMS中如图3所示。
3.3 ADAMS运动仿真
导入模型之后，首先要给焊接机器人添加约束副，给底座与大地之间添加固定副，分别在底座与躯干、躯干和肩、肩和手臂、手臂和手腕、手腕和机械手之间添加旋转副。然后给所有旋转副添加旋转驱动，肩和手臂之间旋转副的驱动参数为15d*sin（180d*time-90d）+15d，手臂和手腕之间旋转副的驱动参数为-15d*sin（180d*time-90d）-15d，底座和躯干之间旋转副的驱动参数为180d*time，其它旋转副的驱动参数为0d*time。至此，已完成整个样机约束的添加如图4所示。
停止仿真运动，右键点击机械手，在下拉菜单中选择measure，出现对话框，在characteristic中选择选项，输出机械手在X，Y轴方向的位移、速度、加速度曲线。如图5-图10所示。
从上面图中可以看出，机械手的运行曲线平滑且有规律，说明该机构的整个运动过程平稳无冲击震荡现象，通过观察机构仿真运动并结合曲线，可以证实该机构的运行曲线与实际情况相符。
4 结束语
ADAMS软件和UG软件作为动力学仿真分析领域和三维建模领域的优势产品，二者的联合仿真广泛应用于产品开发、工程校验、机械设计等过程中。本文通过UG和ADAMS之间的无缝接口程序，将在UG中创建的焊接机器人三维模型成功导入到ADAMS中，并通过在ADAMS中进行运动学仿真分析，根据仿真分析的结果，验证了将UG与ADAMS软件相结合的建模设计和运动学仿真方法的可行性，不仅提高了数据转换的可靠性，还大大提高了仿真效率，是虚拟样机技术研究中的崭新应用，促进了虚拟仿真的发展，对于教学和实践具有广泛的意义。
参考文献
[1]张磊.UG NX6.0后处理技术培训教程[M].北京：清华大学出版社，2009.
[2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.
[3]郑凯，胡仁喜，陈鹿民.ADAMS高级应用实例[M].北京：机械工业出版社，2005.