模拟仿真设计说明书.docVIP

第一章 前言 1.1计算机仿真技术简介 计算机仿真技术是世界各国十分重视的一项高新技术。仿真是以计算机系统为基础，根据用户的要求，建立实际系统的数学模型，并使之转换为仿真模型，在不同的工况下，在计算机系统中运行演示，从而真实地展现实际系统运行状态的过程。它是涉及计算数学、工程控制、各种实际系统的专业知识、计算机软硬件技术等多学科领域的一项综合性高科技技术。是科学工作者、工程技术人员、运行操作人员进行系统分析、优化设计、性能评估、运行试验、教育培训、操作训练的有力工具。它在国防、能源、交通、航空航天等重要的军事与非军事领域，得到了越来越广泛的应用。美国1992年提出的22项国家重点发展的关键技术报告中，计算机仿真技术被列为第16项。同年提出的21项国防及军事重点发展的关键技术报告中，被列为第6项。足见其在现代科学技术领域中的重要地位。 传统的设计方法是首先在设计者头脑中建立起产品的三维实体形状后借助于正投影方法，把头脑中的三维实体投影为多二维视图。在读图时又需要将各个视图的信息通过想象加以综合，在头脑中恢复回原来的三维实体形状，再进行工艺设计、加工等工作。这样一个复杂的过程，大大降低工作效率，且容易出错。运用系统进行三维实体设计技术，采用新的三维-二维-三维的新模式，通过计算设计训练，培养了空间想象能力和设计思想表达能力。以其优异的三维设计功能 ,操作简单等一系列的优点 ,极大地提高了设计效率。利用不仅可以生成二维工程图，而且可以生成三维零件，实现零件的三维实体建模。用户还可以利用其运动仿真功能，通过动画来展现零件的三维造型和运动仿真。2.1 模拟仿真的概念拟仿真的意思就是用模型（物理模型或数学模型）来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究。事实上，习惯定义的模拟仿真，即用模型来模仿实际系统进行实验和研究，从来就是产品开发中的常用技术手段[3]。计算机运动仿真作为计算机仿真技术的一个重要分支，可以归入虚拟现实技术VR(Virtual Reality)的范畴，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、实时计算技术、人机接口技术等多项关键技术。作为一门新兴的高技术，己经成为工程技术领域计算机应用的重要方向。2.2 模拟仿真的产生与发展些年来，随着计算机技术的发展，计算机图形处理能力日益增强，以计算机为主要工具的仿真技术也迅速发展起来，并很快应用于工程领域。在计算机辅助下进行机械零件的设计、校核，并进行系统运动仿真己经逐渐成为机械设计的发展方向。在传统的设计与制造过程中，首先是方案设计及论证，然后进行产品设计。在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚至是破坏性的。当通过试验发现缺陷时，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一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的，尤其对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了。在大多数情况下，工程师往往为了保证产品按时投放市场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的毛病。在市场竞争的背景下，基于实际样机上的设计验证过程严重地制约了产品的质量的提高、成本的降低和对市场的占有。随着经济贸易的全球化，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都已成为竞争者们所追求的运营方式，谁早推出产品，谁就占有市场。然而，传统的设计与制造方式却无法满足这些要求[5]。虚拟模型技术应当属于计算机辅助工程(CAE)的一个分支，它的核心部分是多体系 统运动学与动力学建模理论及其技术实现。作为应用数学一个分支的数值算法及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法。近年来的计算机可视化技术以及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面，CAD/FEA等技术的发展为虚拟模型技术的应用提供了技术环境。借助于虚拟模型技术，设计过程先从整机开始，按照由上至下的顺序进行，这样可以避免由于系统设计方面的失误而付出的昂贵代价。目前, 计算机仿真技术已经广泛地应用在各个领域里:汽车制造业、工程机械、航天航空业、国防工业及通用机械制造业;所涉及到的产品从庞大的卡车到照相机的快门，天上的火箭到轮船的锚机。在各个领域里，针对各种不同的产品，虚拟模型技术都为用户节省了开支和时间，并提供了满意的设计方案[7]。在我国，对计算机仿真技术的研究起步较早，发展很快。1995年6月国防科技大学研制成功的银河仿真l型计算机，标志着我国计算机仿真技术取得了突破性进展，跨入了国际的先进行列。在研制新一代的运载火箭、飞航导弹等重要科研项目中，多次用计算机仿真进行预测性试验，确保了实际发射的成功率。据不完全统计，近几年有关科研院所，运用银河仿真机进行科学研究，节省科研经费近10亿元，取得了巨大的社会效益和经济效益。 近年来由于计算机软硬件技术的突