论文-基于机构模板的虚拟样机运动仿真模型的快速构建方法.docVIP

基于机构模板的虚拟样机运动仿真模型的快速构建方法 摘要： 机械产品的运动学动力学仿真建模方法是虚拟样机技术的关键部分之一。本文提出了一个机械产品虚拟样机运动仿真模型的快速构建方法。利用模板表达产品机构的设计知识，描述了机构中与运动学相关的各种信息，从而实现快速构建机构的运动仿真模型。采用数值算法对模型进行分析求解，获得产品机构中各零部件的各种运动行为数据，并在虚拟环境中进行运动仿真展示其运动学行为。该方法在虚拟环境下机械产品性能评测中得到应用，并利用汽车的转向和悬架系统进行了验证。 关键词： 虚拟样机；机构模板；运动仿真模型 A Rapid Kinematic Simulation Modeling Method for Mechanisms with Template Technology in Virtual Prototyping Abstract： The kinematic and dynamic modeling of mechanical system is a kernel technology in virtual prototyping. This paper presents a novel methodology of kinematic simulation modeling for mechanisms. Integrated the template technique with theory of mechanisms, this method deals with CAD model of mechanical product and generates the simulation model of the product. By using the dynamic theory of multibody system, the DAEs of the model is built up and solved. The results reveal the performance and behavior of the product and the virtual prototyping is simulated in the virtual environment. Integrated this technique with the object-oriented method, a system is being developed to solve and simulate the kinematic behavior of mechanical products. A steering and suspension mechanism in car was simulated in the system to show the power of the approach proposed. Keywords：Virtual Prototyping；Template of Mechanisms； Kinematic Simulation Model 1 引言 虚拟样机技术是虚拟现实（VR）与计算机辅助设计(CAD)技术相结合的一种新的产品开发技术，在工程领域已得到了广泛的应用和发展。从概念设计阶段到性能测试评估阶段的产品开发全生命周期中，都可以通过建立产品虚拟样机来辅助开发者进行产品的设计、性能分析和行为仿真[1]。利用虚拟样机代替产品物理样机进行分析和仿真，不但可以节约开发成本、缩短开发周期，还可以让设计者对产品进行更快更全面的测试和评估，极大的方便了产品的设计修改开发，提高了产品的质量。 虚拟样机技术的核心部分是多体系统运动学动力学建模理论及其实现。国外对虚拟样机建模和仿真技术研究起步较早，结合不同的多体系统动力学理论[2]产生了多种商用虚拟样机仿真分析软件。这些软件主要包括美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国INTEC公司开发的SIMPACK等。目前很多三维CAD软件也集成了动力学仿真模块，如SolidEdge无缝集成了以ADAMS求解器为内核的Dynamic Designer/Motion软件等。VP与CE 的关系后，提出了一种基于域对象模型的多领域异构建模和仿真方法，并开发了一个面向机电一体化系统的分布式虚拟样机仿真环境。王政等人[6]对带有摩擦的单面非贯穿约束的动力学仿真建模方法进行了研究，并应用到四足机器人的虚拟样机动力学仿真中。刘贤喜[7]分析了开发实用化机械系统虚拟样机仿真软件的技术要点，并开发了机械系统虚拟样机仿真软件MSVP）的实用版本图1： 机械系统运动学仿真概念模型[9] 本文提出一个基于模板技术的机构虚拟样机的运动仿真模