基于PROE与ADAMS的锥形螺旋叶轮血泵虚拟样机建模及动态仿真.pdfVIP

第五届全国流体传动与控制学术会议暨 2008 年中国航空学会液压与气动学术会议 基于PRO/E与ADAMS的锥形螺旋叶轮血泵虚拟样机建 模及动态仿真 高殿荣 徐云辉 (燕山大学机械工程学院 秦皇岛 066004) 摘要：介绍了运用 Pro/E 软件对磁悬浮锥形螺旋叶轮血泵的结构设计与建模，通过 PRO/E 与 ADAMS 两个软件之 间的专用接口程序 Mechanism/Pro 生成刚体和定义简单约束后，把锥形螺旋叶轮血泵模型传递到机械系统动力学 仿真分析软件 ADAMS 中，添加复杂约束和力，特别是为了模拟磁悬浮力的作用，将其简化为等效的弹簧力的作 用，然后进行锥形螺旋叶轮血泵系统的运动学和动力学仿真分析，得到血泵系统不同运行时段的力、位移、速度 和加速的曲线。研究方法为缩短血泵的设计开发周期提供了强有力的手段。 关键词：血泵 虚拟样机 仿真 动力学 ADAMS 中图分类号：TH39 学、运动学和动力学仿真分析，输出血泵转子的位 0 前言 移、速度、加速度和转子的轴向、径向悬浮力；最 后，通过调用后处理模块ADAMS/PostProcessor来处 心脏功能衰竭引起的心脏病对人类的生命安全 理仿真结果数据。 构成了严重威胁[1] ，因此人工心脏和机械性人工心 脏辅助装置的研究越来越引起国内外医务工作者和 2 添加约束和力，生成血泵样机 各科研院所的关注[2] 。近年来，随着计算机技术的 飞速发展，三维实体造型技术和虚拟样机(Virtual 2.1 血泵三维实体模型 Prototype)技术[3,4]能够在物理样机制造之前，对样机 锥形螺旋叶轮血泵模型图如图 1 所示(为更清 进行结构设计、仿真、分析和优化，能够缩短研制 晰的观察锥形螺旋叶轮血泵的装配关系，把血泵外 周期和加工成本，因而获得了广泛的应用。 壳、两端径向轴承外环做半剖面处理) 。 本文运用 Pro/E 软件在血泵的物理样机建造前 建立血泵的三维装配图，而后转化到虚拟样机分析 软件 ADAMS 中添加复杂的约束和力,形成血泵的 虚拟样机，最后对血泵虚拟样机进行全1面的运动学 和动力学仿真和分析，为改进血泵的设计提供依据。 1 利用 Pro/E 和 ADAMS 软件对血泵 1 外壳 2 进口导轮 3 轴向永磁轴承 4 锥形螺旋叶轮转子 5 轴向 永磁轴承 6 出口导轮 7 径向永磁轴承 8 磁条 9 径向永磁轴承 联合仿真的步骤 图 1 锥形螺旋叶轮血泵模型 利用Pro/E软件和ADAMS软件建立人工血泵系 血液从小端流入血泵经过进口导轮、锥形螺旋 统联合仿真模型主要步骤如下：首先，利用Pro/E建 叶轮转子、出口导轮后流出。进口导轮和出口导轮 立血泵的三维实体模型，进行血泵样机的模型装配； 分别与转子之间留有 0.2mm 的缝隙，这样转子能够 然后将图形数据导入ADAMS 中。通过求解器 有效悬浮而不接触其他零件，导轮和外壳都成流线 ADAMS/ Solver模块 自动建立血泵虚拟样机系统的 型设计，可以有效减少流动的滞止和流体速度的突 动力学方程，对血泵虚拟样机系统进行全面的静力 变，增强抗溶血和血栓功能[5] 。