機(jī)械振動計算機(jī)仿真機(jī)科技論文
一、概述
隨著計算機(jī)的發(fā)展,人們目前已普遍采用計算機(jī)進(jìn)行工程設(shè)計,其中計算機(jī)輔助設(shè)計(cAD)已被廣泛推廣,而計算機(jī)輔助工程(cAE)在近幾年也正逐步被人們所接受。本文主要論述了CAE方法中的動態(tài)仿真。以往的產(chǎn)品設(shè)計,往往是根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn),確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式,待樣機(jī)產(chǎn)生后再根據(jù)環(huán)境試驗(yàn)的要求做各種例行試驗(yàn),試驗(yàn)過程中,機(jī)械振動常常會由于設(shè)計不當(dāng),出現(xiàn)多種多樣的問題,這樣只好重新設(shè)計。而采用CAE方法后,可以在設(shè)計的初期,樣機(jī)出來之前,在計算機(jī)上模擬出樣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,并在計算機(jī)上進(jìn)行動態(tài)模擬,這樣就可事先了解樣機(jī)在機(jī)械振動中可能會出現(xiàn)的問題,并于設(shè)計的初期進(jìn)行修改,使樣機(jī)一次設(shè)計成功,縮短產(chǎn)品的研制周期。
二、基本原理
1.有限元的基本概念
有限元單元是把連續(xù)彈性體看作有限個單元體,在有限個結(jié)點(diǎn)處聯(lián)結(jié)而成的結(jié)構(gòu),而每個單元又是一個彈性體,它具有合法的某些特征。有限單元法的特點(diǎn)在于其分析對象不是整個結(jié)構(gòu)或子結(jié)構(gòu),而是以單元的特點(diǎn)位移,作為系統(tǒng)的廣義坐標(biāo),結(jié)點(diǎn)力一般則表示為結(jié)點(diǎn)位移的`函數(shù),由于各單元可根據(jù)需要取得很小,所以它們的函數(shù)關(guān)系可表達(dá)得非常簡單。有限單元法,原則上適用于各種不同的結(jié)構(gòu)問題,是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的數(shù)值方法,這種方法可將各種問題的分析結(jié)果歸結(jié)為求解線性代數(shù)方程組,就為利用計算機(jī)解題提供了便利條件。
2.虛功原理
在固體力學(xué)中,有限元法一般采用虛功原理。虛功原理具體表述為:如果質(zhì)點(diǎn)系在外力作用下是平衡的,則全部主動力和約束力在平衡位置算起的任何虛位移上所作虛功的總和等于零。
三、SAP軟件簡介
SAP是一個專門用于有限元分析的CAE系統(tǒng),目前已發(fā)展到SAPg.O,它提供了一個人機(jī)對話的圖形一菜單一提示一命令環(huán)境,使人們可以用多種方法自動或半自動地構(gòu)造復(fù)雜的有限元模型,并且可以用各種方式觀看、檢驗(yàn)構(gòu)成的有限元模型。此外,它可以把自動或半自動生成的有限元模型的圖像對應(yīng)的二進(jìn)制碼文件自動轉(zhuǎn)換為ASCll碼,以供有限元分析之用。在分析過程中,它提供不同的求解工具,以滿足是靜態(tài)分析還是動態(tài)分析,是線性分析還是非線性分析。該軟件的運(yùn)行結(jié)果已被工程驗(yàn)證。此外,該軟件還提供了后處理系統(tǒng),可以在屏幕上直觀地觀看運(yùn)行的結(jié)果。
四、具體應(yīng)用實(shí)例
以某發(fā)射機(jī)機(jī)架作為研究對象。如圖1為某發(fā)射機(jī)的外形,該機(jī)器高為817.smm,寬為545mm,深為55omm,機(jī)架底部裝有四個JGI一3型減振器,背部裝有兩個E25型減振器,整個機(jī)架加各個分機(jī)箱,共重140公斤。從以上的論述可以看出,機(jī)械振動的計算機(jī)仿真是具有一定的科學(xué)性和真實(shí)性的。目前,國內(nèi)一些科研院校及有實(shí)力的企業(yè)已將它運(yùn)用到實(shí)際工作中,如汽車、飛機(jī)及雷達(dá)的研制,并已取得一定的成果,預(yù)計隨著計算機(jī)的發(fā)展,該方法的應(yīng)用還將有更廣闊的前景。
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