基于Solidworks的手压阀的模拟仿真设计

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基于SolidWorksFlowSimulation优化球阀结构

基于SolidWorksFlowSimulation优化球阀结构

基于SolidWorksFlowSimulation优化球阀结构摘要:应用SolidWorksFlowSimulation对一款球阀半载及满载状态下的直口型和圆口型两种球体启闭件进行对比,共设计了四个CFD项目:(1)半载+直口型;(2)半载+直口型;(3)半载+圆口型;(4)满载+圆口型。

一、引言球阀因结构简单、密封性好,而且在一定的公称通径范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小且驱动力矩小,操作简便、易实现快速启闭,是近十几年来发展最快的阀门品种之一。

其工作原理是:启闭件(球体)由阀杆带动,并绕方工球阀作轴线作旋转运动的阀门,可用于流体的调节与控制,其中硬密封V 型球阀其V型球芯与堆焊硬质合金的金属阀座之间具有很强的剪切力,特别适用于含纤维、微小固体颗料等介质。

球阀的主要特点是本身结构紧凑,适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质,而且还适用于工作条件恶劣的介质,如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等,在各行业得到广泛的应用。

二、项目描述球阀在使用过程中,通过启闭件的旋转,控制流体的流量。

因启闭件长期与流体接触,承受流体的冲压,容易磨损。

为提高球阀的使用寿命,有两种方法:(1)选用耐磨性好的材料;(2)优化球阀内部结构,而结构设计是否合理,需要经过物理实验来验证。

引入计算流体力学(ComputationalFluidDynamics,CFD)分析后,在做物理实验之前,需要借用流体分析来预测启闭件在使用过程中的与流体间的相互作用,以优化内部结构。

为了更好地验证球阀在使用中流量、启闭件阀口状与流体之间的关系,本文以一款球阀为例,设计了四个CFD方案,运用SolidWorksFlowSimulation软件对其阀体进行CFD分析,以对比不同的阀口结构及流量下,各结构内的流体流进球阀内部流体流动状态,以达到优化球阀结构的目的。

通过流体分析,可预测不同条件下,流体在球阀内的流动状态,通过对比选择较佳结构设计。

阀门三维参数化建模与仿真分析

阀门三维参数化建模与仿真分析
cnt coacn etn og e as w i a ap e i t cus o osutnl nco a n sm o pr , h h pld h or f r i o i m o f t c r e i n e e
cnei pr e rbte m ico i to a e b ad t rnto ovro a m ts e a orn e s m l n prco i e sn a e e n n d a f e a o d a f w s p sIo ets u t p a eim dl h h e c fm a ri l a . r r t h am t oe w i h l il e ea e t r n o p r r d e e c s c a o ar v g a n lb d m ln, e c pt rt e etl s m t d aot tdf e o i t aie fwa h s nai aad h s uhw en d g h r l u o d s i d n e o b o o i t r e e cnt coapr e r osutnl m ts r i a e. a Te nl y iu r i a be ape i n si ds n t ho g o vt l l hs n ld i url i ad h e o f a e t c r a y e p i n ta eg n d p dco cm r e ilTi e nl y b n oltno i t w y r u i o p hnv y h tho g h e nt r s r n h a o tn e se. c o a e o n a fm g s s y e ad s e o ds n u ao a i t ee o p dco. s c n cndr eg, t avn n h fc f utn T iaie o i f i b l d c g s e t r i h r l o t ie a t thi e aes s t a ei, d iitttg ng t h e n ucacrt a uv ul t a v mte n, t re c q h tii b i r l e r c o r a y n i a ei t a s r o m n t p b m ot t un t thi e v t l i 让t e m ed r l a uhw sg e n u o i ar l c h o e b o o h c q f u e t h e i e r ay e p c s dsi dsn n hw uu t iitn em nf p dc r e oi url g, d tpt e ao epr e o r ut o s f t e a o o p mti x i t o . n a i h r Tiaie us iu o oei se cne ec o vl , d tc h rc d cs t s e pn g s ovr ne a e a p r t s l i t s h s f n t s g e r n v n r a o t g p ooei se cne ec, d dy ccle u e h h r h pn g s ovr ne n m i t au tf m l o t e f n t s g a o f h l a o a f a r e r e m s ts Ia i n haie t eeu y s e c vtog t o se . di , r lg h fc a p s ra u e uh t sn t t t e e t l r u n r h r d o e c t e d r h e iitttg mte i . a en s Ky r : e Pr eim d i , e i dv, sm l V t l e w d Vl , a t oen Dmno re As b , u os a v am r c lg i sn i e y ia r

Solidworks阀门设计.doc

Solidworks阀门设计.doc

1分析过程1.1建模设计Solidworks提供功能强大的基于特征的实体建模功能,通过拉伸、旋转、薄壁有:阀体、上盖、心轴、轴承衬套、偏心凸轮、轴承、平键、螺钉、管接头一、调特征、扫描、抽壳、圆角、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。

气压阀压螺帽、钢珠、弹簧座、调压弹簧、O型环一、外盖、活塞杆、O型环二、弹簧塞杆、弹簧、调压螺帽、螺塞、管接头二,共有22个零件,以下是主要零件造型的过程。

对于气压调压阀的具体建模设计过程如下:(1)打开Solidworks2010,新建零件1阀体,在基准面中新建草图,依次给予拉伸、旋转除料、倒角、阵列、创建螺纹线、创建基准面及草图,扫描切除、圆角等特征,具体建模尺寸参照建模/机构/结构综合实训教程书,三维建模过程依次如图1所示。

图1(2)新建零件2心轴,在基准面中创建草图后给予旋转增料特征,再创建草图、后给予旋转除料及倒角特征,最后创建草图后拉伸除料,三维建模过程如图2所示。

图2 心轴的建模SolidWorks 提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。

工程图是全相关的,当你修改图纸时,三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。

从三维模型中自动产生工程图,包括视图、尺寸和标注。

增强了的详图操作和剖视图,包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。

使用RapidDraft技术,可以将工程图与三维零件和装配体脱离,进行单独操作,以加快工程图的操作,但保持与三维零件和装配体的全相关。

用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置,以便了解运动的顺序。

交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。

SolidWorks 才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。

“全动感的”的用户界面减少设计步骤,减少了多余的对话框,从而避免了界面的零乱。

(3)新建零件3上盖,在基准面中创建草图后给予旋转增料特征,后添加倒角特征并给予拉伸除料特征后圆周阵列;同理构建零件4轴承衬套及零件5偏心凸轮模型如图3所示。

安全阀论文:基于SolidWorks的安全阀虚拟仿真技术研究

安全阀论文:基于SolidWorks的安全阀虚拟仿真技术研究

安全阀论文:基于SolidWorks的安全阀虚拟仿真技术研究【中文摘要】安全阀是国民经济建设中使用极为广泛的一种机械产品。

它是锅炉、压力容器、压力管道上的重要安全装置之一,安全阀性能的优劣直接关系着设备、生产及人身的安全。

随着市场经济的发展,国内外对安全阀的需求量愈来愈大,用户对产品的质量、更新速度以及产品从设计到投放市场的周期提出了愈来愈高的要求。

为了减少物理样机的试验次数和制造成本、缩短设计周期、增强市场应变能力,本文利用计算机虚拟设计与仿真技术,实现安全阀在计算机平台下的的虚拟设计及工作性能仿真分析。

本课题以应用研究为侧重点,重点预知和掌握已设计完成的安全阀结构的可行性、合理性。

通过对大量的国内外参考文献的分析整理,结合实机实地考察,运用机械理论和机械设计方法对安全阀进行了理论分析,利用SolidWorks软件对安全阀进行虚拟设计,应用COSMOS对虚拟样机作了运动仿真、阀道流动特性分析、关键部件有限元分析。

不仅可以减少物理样机的试制、试验,而且使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动相对位置和干涉变得非常直观和易于修改。

首先通过运动仿真得出了安全阀的开启压力和回座压力,其次通过对阀道的数值可视化模拟分析了安全阀中产生振动、噪声、气蚀的原因,同时利用SolidWorks二次开发功能,编制安全阀理论排量算式DLL,加载到SolidWorks中,以供计算安全阀的各种试验介质的理论排量,最后对阀瓣进行了有限元强度分析,并在满足阀瓣整体强度性能的前提下对其进行结构优化。

通过利用计算机虚拟设计与仿真技术,充分发挥CAE技术的优势,避免了通过反复多次的物理试验产生的大量冗余的中间废品和半成品,这将大大简化产品的设计开发过程,缩短开发周期,减少开发费用,提高产品设计质量。

【英文摘要】The safety valve is an important mechanical product on the basis of its very comprehensive use in national economy. It is one of the important security devices on boilers, pressure containers and head conduits. Whether the capability of safety valves is good or not is directly connected with the safety of equipments, production and personal. Nowadays, along with the development of market economy, the users have much more requirement for the quality, update speed and cycle time from design to the market because of the increasingly need of safety valves. In order to reduce test number of physical preproduction model and manufacturing cost, shorten design cycle time, strengthen enterprise competition power, the virtual design and working performance simulation analysis of safety valve in the computer are implement utilizing computer virtual design and simulation technology in thispaper.Application study is the emphasis point of this subject. The feasibility and rationality of the structure of the manipulator will be foreseen and mastered. By the fact thatmassive domestic and foreign references was analyzed and arranged, combined with hands-site visits, the machanical theory and the machine design method has carried on the theoretical analysis to the safety valve. The technology and its supported software package COSMOS were used in the kinematics simulation of virtual preproduction model, Flow field simulation of safety valve and finite element analysis of critical component. Not only it can reduce the physical prototype’s trial manufacturing and expriment, but also it can make the movement relative position and intereference on the two-dimensional drawings, which are difficult to express and design become very visual and easy to revise. Firstly, it has obtained the opening pressure and reseating pressure of safety valve through the kinematics simulation. Secondly, it has analyzed the reason causing the vibration, noise and cavitation of the safety valve through valve road visual simulation of numerical. Meantime the theory displacement mathematical formula DLL of safety valve was work out by using secondary devolopment functions of Solidworks. Then it will be loaded to Solidworks to supply the theory displacement calculation of various experimental medium. Finally, The finite element intensity of valve clack was analyzed, and structuraloptimization design was made out under the condition that the requirement of the integrated intensity was satisfied.With the utilization of computer virtual design and simulation technology, while taking full advantage of CAE, massive redundancy waste products and half-finished products generated from miltiple physical tests will be avoided. This will greatly simplify the process of product design and development, reduce product development cycles, reduce the development cost and improve the product design quality.【关键词】安全阀运动仿真流动特性有限元分析 SolidWorks COSMOS【英文关键词】Safety valve Kinematics simulation flow characteristic Finite element analysis SolidWorks COSMOS【备注】索购全文在线加好友:1.3.9.9.3.8848同时提供论文写作一对一指导和论文发表委托服务【目录】基于SolidWorks的安全阀虚拟仿真技术研究摘要5-6Abstract6-7第1章绪论11-21 1.1 引言11-12 1.2 安全阀概述12-17 1.2.1 安全阀的功能和分类12-14 1.2.2 安全阀的设计和性能要求14-15 1.2.3 国内外安全阀的研究发展现状15-17 1.3课题研究的目的、意义及内容17-21 1.3.1 课题研究的目的和意义17 1.3.2 课题研究的方法和内容17-18 1.3.3 本文主要工作18-21第2章安全阀结构建模与虚拟装配分析21-33 2.1 弹簧直接式载荷安全阀的结构及原理21-23 2.1.1 安全阀的结构21-22 2.1.2 安全阀的工作原理22-23 2.2 基于SolidWorks的安全阀建模与装配23-32 2.2.1 SolidWorks介绍23-24 2.2.2 安全阀关键零部件的结构建模24-28 2.2.3 安全阀的虚拟装配28-30 2.2.4 安全阀装配体的分析30-32 2.3 本章小结32-33第3章安全阀虚拟样机的运动仿真分析33-45 3.1 虚拟样机技术简介33-34 3.2 安全阀虚拟样机的建立34-39 3.2.1 COSMOS/Motion介绍34-35 3.2.2 约束添加35-36 3.2.3 运动副设置36-37 3.2.4 弹簧设置37-39 3.3 安全阀的动作性能仿真39-44 3.3.1 仿真参数设置39-40 3.3.2 驱动力加载40-42 3.3.3 仿真结果分析42-43 3.3.4 录制动画43-44 3.4 本章小结44-45第4章阀道流动特性分析与排量计算45-63 4.1 CFD基础45-50 4.1.1 CFD概述45-46 4.1.2 紊流特性46-47 4.1.3 紊流模型47-50 4.2 阀道流动特性分析50-55 4.2.1 COSMOS/FloWorks介绍50-51 4.2.2 介质参数及解析假定51-52 4.2.3 阀道的几何及网格模型52-53 4.2.4 边界条件53 4.2.5 仿真结果分析53-55 4.3 安全阀理论排量计算55-62 4.3.1 理论排量55-58 4.3.2 菜单开发58-59 4.3.3 理论排量计算程序开发及应用59-62 4.4 本章小结62-63第5章阀瓣的静力学分析及优化63-75 5.1 有限元法及优化设计概述63-68 5.1.1 有限元法概述63 5.1.2 有限元法的弹性力学基础理论63-67 5.1.3 优化设计概述67-68 5.2 阀瓣静力学分析68-72 5.2.1 COSMOS/Works介绍68-69 5.2.2 定义材质69 5.2.3 网格划分69-70 5.2.4 约束和载荷施加70-71 5.2.5 计算分析71-72 5.3 阀瓣结构的优化设计72-74 5.3.1 问题描述及其参数设计72-73 5.3.2 优化设计结果73-74 5.4 本章小结74-75第6章结论与展望75-77 6.1 结论75 6.2 展望75-77参考文献77-81致谢81。

基于Solidworks Flow Simulation在球阀流体分析中的应用

基于Solidworks Flow Simulation在球阀流体分析中的应用

基于Solidworks Flow Simulation在球阀流体分析中的应用摘要:本文采用SolidWorks Flow Simulation软件对一款球阀的流场进行模拟和分析。

通过对球阀不同工况下的流场特性进行分析,得出了球阀的特性曲线和压降曲线,以及流量、压力、速度、温度等参数的分布情况。

同时,本文探讨了SolidWorks Flow Simulation软件在阀门流场模拟中的优势,包括灵活性、精度和可视化等方面。

结果表明,通过SolidWorks Flow Simulation软件对阀门流场进行模拟和分析,可以帮助设计人员深入了解阀门的流体力学性能,并进行性能优化。

关键词:SolidWorks Flow Simulation;阀门;流场模拟;球阀;优势当今,球阀作为一种流体控制设备,在工业、化工、航空航天等领域得到了广泛的应用。

为了满足不同的工作要求,设计人员需要对球阀的流体力学性能进行分析和优化。

SolidWorks Flow Simulation软件作为一种常用的流体动力学模拟工具,可以对球阀的流场进行模拟和分析,从而为球阀的设计和优化提供有力的支持。

1.球阀的流场模型建立在建立球阀的流场模型之前,需要进行几何建模和网格划分。

球阀的几何模型采用三维实体建模的方式进行建模,包括球体、阀座、阀杆、阀体等几何实体。

使用SolidWorks Flow Simulation软件对球阀进行网格划分,得到了网格密集度适当的流场模型。

1.数值模拟条件的设定当进行球阀的流场模拟时,需要先对数值模拟条件进行设定。

下面详细介绍球阀流场模拟的数值模拟条件设定。

2.1流体介质在进行流场模拟时,需要首先确定流体介质,通常情况下可以根据实际工程需要进行选择。

本文中选择了流体介质为水,因为水在工业流体控制中是一种广泛使用的介质,具有较好的流动性和物理性质,方便进行模拟计算。

2.2入口速度入口速度是指流体在球阀入口处的速度大小,通常可以通过实验或者理论计算进行确定。

机械制造专业毕业论文--基于SOLIDWORKS的旋阀的造型设计

机械制造专业毕业论文--基于SOLIDWORKS的旋阀的造型设计

摘要本文主要是应用solidworks软件来完成旋阀的零件设计及装配。

首先讨论了Solidworks的特色功能和其在给机械设计行业带来的革命性变化。

接下来对组成旋阀的各个零件造型进行了分别设计,在零件设计的基础上,通过SolidWorks 装配图功能,完成了对旋阀所有零件的装配。

另外,为了更形象的展现装配效果,又制作了动画演示,最终实现了设计目的。

关键词:旋阀,设计,solidworks,装配Design of the spin valve solidworksAbstractIn this paper, the application software to complete solidworks rotary valve design and assembly of parts. First discuss the features of Solidworks and its mechanical design to bring about revolutionary changes in the industry. The composition of the next spin of the various parts of the valve shape, respectively, for the design, part design, based on the adoption of SolidWorks.Assembly function, completed all parts of the rotary valve assembly. In addition, in order to better show the image of the assembly results, has also developed animated presentations, designed to achieve the ultimate.Keywords:Rotary valve,Design,Solidworks,Assembly目录1 绪论··12 solidworks系统的简介和旋阀的简介··1 2.1 solidwork的特点··12.2 solidworks的特色功能··12.3 solidworks的前景··22.4 旋阀的介绍··22.5 旋阀造型方案设计··23.阀杆零件的设计··33.1 圆柱和圆锥的拉伸造型··33.2平面和圆孔的切除造型··44 压盖零件的设计··54.1圆柱和复合孔的旋转造型··54.2 底板和圆孔的拉伸造型··65 手柄零件设计··75.1柄头的拉伸和切除造型··75.2柄杆的拉伸和圆角造型··76 阀体零件设计··86.1 阀体外形和复合孔的造型··86.2 螺孔的造型··97 螺栓零件设计··107.1 单个螺栓零件的设计··107.2 系列螺栓零件的设计··118 旋阀的装配··138.1 辅助零件的设计和装配方案的设计··13 8.2 阀杆装配线的设计··148.3 压盖装配线的设计··158.4 旋阀装配动画制作··169 结束语··17致谢··17参考文献··181 绪论作为工程技术和美学艺术相结合的一门新科学-产品造型设计,是现代工业产品设计中的一种现代设计方法。

基于SolidWorks Simulation的轨道式球阀密封比压有限元分析

基于SolidWorks Simulation的轨道式球阀密封比压有限元分析

书山有路勤为径,学海无涯苦作舟基于SolidWorks Simulation 的轨道式球阀密封比压有限元分析基于SolidWorksSimulation 有限元分析软件,对轨道式球阀密封比压进行了数值求解分析,得出了密封面密封比压分布规律曲线,可以此作为阀门密封性能验算和确定阀门执行机构规格的技术依据。

轨道式球阀在动作中具有密封面无磨损的特点,且具有良好的密封性能,可实现硬密封零泄漏,主要应用于要求使用寿命长且需严格密封的场合。

目前,在国内煤化工项目中,液氮洗单元普遍选用轨道式球阀,每个液氮洗单元需要轨道式球阀10 余台。

长期以来,国内市场上基本为进口产品,价格非常昂贵,售后不及时,出现故障得不到及时维修,用户损失较大。

为此,轨道式球阀的国产化受到国内用户和阀门生产厂家的极大关注。

1、轨道式球阀的结构及工作原理气动金属硬密封轨道式球阀由阀体、阀盖、球体、阀杆、耳轴轴套、销轴、阀杆轴套、导向销钉及气动执行器等零部件组成,如工作原理:气动执行器输出轴在气源压力作用下上下移动,当气动执行器输出轴向上移动,带动阀杆上升,此时导向销与阀杆上的螺旋槽直行程段限制阀杆只作上升运动,阀杆下部斜面与销轴配合,使球体先向左偏移角度,密封副脱离。

阀杆继续上升,导向销与阀杆螺旋槽配合,使阀杆作90°转动。

这时阀杆下部扁面与销轴配合,带动球体作90°旋转后,阀门开启。

反之,当气动执行器输出轴下移,带动阀杆下降,此时导向销与阀杆的螺旋槽配合,使阀杆作90°转动,阀杆下部扁面与销轴配合,带动球体作90°转动后,球体密封面对正阀座密封面。

阀杆继续下降,这时导向销限制阀杆只作下降运动,阀杆的下部斜面与销。

SolidWorks的液压阀块结构设计

SolidWorks的液压阀块结构设计

SolidWorks的液压阀块结构设计3(1液压阀块的结构特点及设计3(1(1液压阀块的结构特点按照结构和用途划分,液压阀块有条形块(Bar Manifolds)、小板块(Subplates),盖板(Cover plates)、夹板(Sandwich Plates)、阀安装底板(Valve Adaptors)、泵阀块(PumpManifolds)、逻辑阀块(Logic Manifolds)、叠加阀块(Accumulator Manifolds)、专用阀块(Specialty Manifolds)、集流排管和连接块(Header and Junction Blocks)等多种形式[35][36]。

实际系统中的液压阀块是由阀块体以及其上安装的各种液压阀、管接头、附件等元件组成。

(1)SolidWorks阀块体阀块体是集成式液压系统的关键部件,它既是其它液压元件的承装载体,又是它们油路连通的通道体。

阀块体一般都采用长方体外型,材料一般用铝或可锻铸铁。

阀块体上分布有与液压阀有关的安装孔、通油孔、连接螺钉孔、定位销孔,以及公共油孔、连接孔等,为保证孔道正确连通而不发生干涉有时还要设置工艺孔。

一般一个比较简单的阀块体上至少有40-60个孔,稍微复杂一点的就有上百个,这些孔道构成一个纵横交错的孔系网络。

阀块体上的孔道有光孔、阶梯孔、螺纹孔等多种形式,一般均为直孔,便于在普通钻床和数控机床上加工。

有时出于特殊的连通要求设置成斜孔,但很少采用。

(2)SolidWorks液压阀液压阀一般为标准件,包括各类板式阀、插装阀、叠加阀等,由连接螺钉安装在阀块体上,实现液压回路的控制功能。

(3)SolidWorks管接头管接头用于外部管路与阀块的连接。

各种阀和阀块体组成的液压回路,要对液压缸等执行机构进行控制,以及进油、回油、泄油等,必须与外部管路连接才能实现。

(4)其它附件包括管道连接法兰、工艺孔堵塞、油路密封圈等附件。

3(1(2液压阀块的布局原则阀块体外表面是阀类元件的安装基面,内部是孔道的布置空间。

solidworks的流体仿真案例讲解

solidworks的流体仿真案例讲解

solidworks的流体仿真案例讲解SolidWorks是一款广泛应用于机械工程领域的三维建模软件,它不仅可以进行零件设计和装配设计,还具备流体仿真功能。

通过SolidWorks的流体仿真模块,用户可以对流体流动、传热和压力等进行分析和预测,从而优化设计方案,提高产品性能。

下面将以SolidWorks的流体仿真案例为例,介绍几个常见的应用场景。

1. 空气流动分析:在汽车、飞机等交通工具的设计中,空气动力学性能的优化非常重要。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对车身外形、雨刮器、车窗等部件的设计进行模拟和优化,以提高车辆行驶的稳定性和降低空气阻力。

2. 水流动分析:在船舶和水利工程设计中,水流动的分析和优化是必不可少的。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对船体外形、舵面、螺旋桨等进行模拟和优化,以提高船舶的操纵性和减少能耗。

3. 管道流体分析:在石油、化工、能源等领域,管道系统的设计和优化对于工艺流程的高效运行至关重要。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对管道系统中的流速、压力和温度等进行模拟和优化,以提高管道系统的流量、降低能耗和减少泄漏风险。

4. 空调系统分析:在建筑设计中,空调系统的设计和优化对于室内舒适性和能源节约至关重要。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对空调系统的送风口、回风口和管道进行模拟和优化,以提高空调系统的均匀性和节能性能。

5. 风扇设计分析:在电子设备和机械设备中,风扇的设计和优化对于散热和噪声控制非常重要。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对风扇的叶片形状、叶片角度和转速等进行模拟和优化,以提高风扇的散热效率和降低噪声。

6. 液压系统分析:在工程机械和航空航天设备中,液压系统的设计和优化对于工作稳定性和能源效率至关重要。

通过SolidWorks的流体仿真模块,可以对液压系统中的液压缸、液压泵和液压阀进行模拟和优化,以提高液压系统的工作效率和降低能耗。

基于SolidWorks Flow Simulation的比例阀和真空泵的选型与优化

基于SolidWorks Flow Simulation的比例阀和真空泵的选型与优化

· 68 ·在真空泵和罐体之间装一台比例阀,比例阀和真空泵配合可改变抽速,保证罐内恒压。

比例阀根据压力变化要求提供维持需要压力,比例阀与真空泵的选型多数靠经验来匹配,往往出现高能耗。

通过SolidWorks Flow Simulation 对设备进行分析仿真,通过数据对比最优化的对比例阀与真空泵体的选型。

一、问题的提出在真空设备和半导体设备中,常常有这样的工艺要求,某罐体内通入恒定流量的气体,并且保证罐体内恒压。

通常采用方案是由一支流量计通入恒定流量的气体,出口连接一台真空泵抽气,在真空泵和罐体之间装一台比例阀,这样比例阀和真空泵配合可改变抽速,保证罐内恒压。

图1如图1所示是一款真空产品真空气路图,工作顺序如下。

(1)首先关闭气动挡板阀-Φ100、电磁阀、流量计和电磁充气阀,比例阀开度100%,打开气动挡板阀-Φ16。

基于SolidWorks FlowSimulation的比例阀和真空泵的选型与优化撰文/北京七星华创电子股份有限公司工业炉分公司 张永军 北京盛维安泰系统技术有限公司 李跃超(2)然后开启滑阀泵-70L /S 预抽真空,真空度抽至30000Pa 时关闭动挡板阀-Φ16,比例阀开度0%,开启气动挡板阀-Φ100。

(3)真空度抽至2000Pa 时,罗茨泵-300L /S 开启。

(4)真空度抽至0.5Pa 时,关闭气动挡板阀-Φ100、罗茨泵-300L /S ,开启电磁阀、流量计,流量计保证0.5L /S 流量的氩气。

(5)达到0.6atm 时开启气动挡板阀-Φ16,比例阀,比例阀和真空泵组成闭环,由PLC 控制其开度。

此设备大部分时间在此状况下工作。

在一个实例中,比例阀结构是通径Φ20的蝶阀,阀板在0°~90°转动,以实现0%~100%开启度。

在保证0.6atm 恒压时,开启滑阀泵,比例阀开度8%。

其8%~100%调节用不到,而且极不灵敏。

我们判断比例阀通径选大了。

基于Solidworks2008平台的手动换向阀的三维建模及动画仿真

基于Solidworks2008平台的手动换向阀的三维建模及动画仿真

摘要该次设计是基于Solidworks2008平台的,手动换向阀三维建模及工作状态的动画仿真。

全文共分为四大部分,第一部分为所使用软件及手动换向阀特征的简介和大部分零件三维建模过程的记录。

之所以说是大部分零件而不说是全部零件,那是因为作为关键部分的弹簧为了使其达到一定的技术要求,需要在装配过程中来绘制。

第二部分为装配体的组装,以及弹簧的建模。

通过文字与图片的结合,形象和直观的将整个操作过程展现了出来。

第三部分为此次设计中的主要部分仿真动画的制作,通过给装配体中的某一零件一个初始的运动,其他各零件就会按照装配过程中所设定的装配关系随之运动。

最后一部分则是对本次设计中所遇到的问题和解决的方案进行的总结。

关键词:Solidworks、三维建模、仿真、手动换向阀ABSTRACTThe Times Solidworks2008 design is based on the platform, manual directional control valves, 3d modeling and working state of animated simulation. Full text is divided into four parts, the first part is used software and manual directional control valves feature introduction and most parts of 3d modeling process records. The reason that is most parts and not saying all parts, that is because as a key part of the spring to make its reach certain technical requirements, need to draw on assembly process. The second part is the assembly body assembly, and spring modeling. Through the combination of words and pictures, image and intuitive will show out whole operation process. The third part is the main part of the design of animation production, through simulation for assembly body one of the parts of the movement, an initial according to each other parts in the assembly process set by the assembly relation then movement. Last part of this design is the problem and solving scheme for summary.Key Words:Solidworks、3d modeling、simulation、Manual directional control valve目录绪论 (1)第1章手动换向阀零件的实体造型 (2)1.1软件简介 (2)1.2手动换向阀结构和功能简介 (2)1.3 球头 (2)1.4手柄 (6)1.5开口销 (9)1.6销钉 (11)1.7阀杆 (13)1.8螺套 (15)1.9阀体 (17)1.10胶垫 (22)1.11调节螺钉 (23)第2章手压阀的装配 (25)2.1插入零部件 (25)2.2配合 (25)2.3绘制弹簧 (30)2.4爆炸动画 (32)第3章手压阀的动画仿真 (34)3.1解除爆炸 (34)3.2手压阀运动仿真 (36)第4章总结 (40)致谢 (41)参考文献 (42)绪论随着世界机械工业的日益发展,旧有的手工绘图已经无法满足技术人员在设计上的要求。

基于SolidWorks的阀门有限元仿真分析

基于SolidWorks的阀门有限元仿真分析

基于SolidWorks 的阀门有限元仿真分析夏传宝(上海阀特流体控制阀门有限公司,上海201323)摘要:以某DN250的偏心半球阀为例,结合这种阀门的结构特点和工作原理,首先采用SolidWorks 绘制了偏心半球阀的三维实体,然后通过软件抽取得到了阀门的流道分析模型,再用前处理软件ANSYS -ICEM 进行结构简化,并使用结构网格与非结构网格相结合的方法划分混合网格,最后导入Fluent ,用湍流模型对偏心半球阀的流场进行仿真分析,仿真结果具有较高的精度。

关键词:SolidWorks ;偏心半球阀;有限元分析;三维实体模型0引言传统的研究方法都是采用稳态计算方法来求解阀门内部的流动特性,但是对于工程应用实例来说,更迫切需要得到阀门在启闭过程中的不同时刻对应的流动特性,本文采用动网格技术和SolidWorks 技术实现了监控阀门在启闭过程中的流动特性,对于阀门的优化设计具有更加深刻的现实意义。

1阀门模型与流道模型的建立建立符合实验要求的三维模型是对球阀运行研究分析的基础,由于SolidWorks 在三维建模方面的操作性、准确性都优于ANSYS ,所以本课题将先在SolidWorks 中建立阀门的三维模型,之后再导入ANSYS 中进行分析。

1.1绘制阀门及管道三维实体模型首先绘制模型的各个零部件如阀体、阀杆、阀瓣等,然后将各个零部件组装在一起,在各零部件之间添加必要的约束,以便其能模拟实际的运动进行运动仿真,从而检查装配是否有错误。

阀门实体模型绘制完成如图1所示。

为了进行阀门内部流场的仿真分析计算,需要简化模型,删除不必要的圆角和倒角,以及在阀门前后添加一定长度的进口管道和出口管道;为便于查看内部结构,调整阀体的透明度。

简化后的模型如图2所示。

1.2绘制流道模型得到了简化后的阀门和管道实体模型后,需要建立流道模型。

由于在SolidWorks 中不容易得到内部复杂的流道模型,所以使用ANSYS 中的DM 来得到流道模型。

Solid Works在液压阀块设计中的应用

Solid Works在液压阀块设计中的应用

3 应 用 实 例
1 液压 阀块设计 的一般原 则
本文以下 图所示 的液压系统为研究对象 ,进行 由于阀体 内孔系复杂 ,按 照液压原理图的逻辑 液压阀块的设计 , 要求将将点画线 内的溢流阀 、 单向 要求 , 要正确合理地设计液压 阀块 , 是一项艰苦而又 阀、 电液换向阀、 顺序阀集成在一个阀块上。 要求准确性高 的工作 。液压阀块在设计过程 中, 相关 的技术要求是 :
块 的上方或外侧 ;
收 稿 日期 :0 1 0 - 9 2 1-8o
图 1 液 压 原 理 图
根据要求在 Sl rs od i Wok 软件 中设计液压阀块的
作 者简介 : 作为 (99 , , 吴 18一) 湖北武汉人 , 男 在读硕 士 , 现主要从事机械制造及其 自动化先进设计 理论 、 和机 C DC M C E 方法 A /A /A
() 1 结合 原理 图 , 估算 阀件在 阀块上 的布置 , 根 据所选择需要的阀件型号, 估算液压阀块的外形尺寸 ,
并 用 Sl rs 出阀块 外形 。 例所选 的 阀型号为 oiWok 画 d 本
D D 0型直动式溢流阀、 V 1 型板式连接单 向阀 、 B2 R P6 4 H6 WE 1 型电液换向阀、Z 5 D 2 型先导式顺序阀。 () 2 根据要求在阀块实体上布置油路和螺纹孔 、 定位孔 ,通过 Sl r 软件实体模型中可反映出 od k i Wo s 阀块中油路之间的距离 、 深度 , 有效避免 了各油孔之
《 装备制造技术》 0 1 2 1 年第 1 期 1
S l rs在 液压 阀块设计 中的应 用 oi Wok d
吴 Байду номын сангаас 为
( 武汉理工大学 物流工程学院 , 湖北 武汉 4 06 ) 3 0 3

基于Solidworks的手压阀的模拟仿真设计毕业设计 精品

基于Solidworks的手压阀的模拟仿真设计毕业设计 精品

济源职业技术学院毕业设计题目基于SolidWorks的手压阀的仿真设计系别机电工程系专业机电一体化技术班级姓名学号指导教师日期设计任务书设计题目:基于SolidWorks的手压阀的模拟仿真设计要求:1、手压阀零件建模设计;2、手压阀装配设计;3、手压阀机构仿真设计;设计进度要求:第一周:收集查阅资料,确定设计题目。

第二周:写任务书并列出大纲。

第三周:用solidworks进行手压阀的零件建模及装配体建模。

第四周:做电子稿并进行论文的排版和编辑。

第五周:修改论文、定稿、打印。

第六周:提交论文并准备答辩。

第七周:参加答辩指导教师(签名):摘要SolidWorks软件是美国Solidworks公司开发的三维CAD产品,是一套机械设计自动化软件,功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点,使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

Solidworks市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。

SolidWorks 不仅提供如此强大的功能,同时对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。

本文探究了计算机模拟仿真技术的概念、特点和分类、关键技术以及在现实生活中的几个典型应用,基于SolidWorks对手压阀各零件进行三维建模,充分利用SolidWorks的参数、关系式、零件库等知识对各组成零、部件进行建模,再完成各部件装配和总装配,最后对总体机构进行运动仿真。

通过一系列操作的完成,真实再现手压阀的工作,对零部件的设计有很大的帮助。

关键词:模拟仿真,手压阀,Solid Works目录设计任务书 (I)摘要 (II)1 绪论 (2)2 仿真技术的概述 (3)3 仿真模拟技术的特点与分类 (4)3.1仿真模拟的分类 (4)3.2仿真模拟与虚拟现实技术 (4)4 仿真模拟中的关键技术 (6)4.1动态环境建模技术 (6)4.2交互设备和工具 (6)4.3仿真场景管理技术 (7)4.4网络环境技术 (7)4.5应用环境系统 (7)5 仿真模拟技术的几个典型应用 (8)5.1制造工业中的模拟仿真技术 (8)5.2作战演习的仿真模拟 (8)6 基于SOLIDWORKS的手压阀的模拟仿真 (10)6.1S OLID W ORKS概述 (10)6.2手压阀的基本工作原理 (11)6.3手压阀组成零件的实体建模 (11)6.3.1零件的实体建模 (12)6.4手压阀的装配 (18)6.4.1 手压阀的爆炸演示的制作过程 (19)6.4.2 手压阀的模拟仿真运动演示的制作过程 (20)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)1 绪论计算机仿真技术是世界各国十分重视的一项高新技术。

手压阀

手压阀
在SolidWorks中当生成新零件时,你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体,SolidWorks的性能得到极大的提高。SolidWorks可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。用智能零件技术自动完成重复设计。智能零件技术是一种崭新的技术,用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中,而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。镜像部件能产生基于已有零部件,包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件的新的零部件。SolidWorks用捕捉配合的智能化装配技术,来加快装配体的总体装配。智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。

装配是机械制造中最后决定产品质量的重要工艺过程,既使是全部合格的零件,如果装配不当,也不能形成质量合格的产品。而当今,各种先进的计算机辅助工具(CAD、CAM、CAE等)以及制造仿真软件层出不穷,与传统的产品开发过程相比,它们的应用减少了产品的开发消耗和开发周期,降低了成本,较好地适应了现代制造业中柔性、快捷及高质量的要求。但这些还不能完全支持可视化装配过程,从而影响机械设计和制造的最终完成。因此,企业需要一个直观、逼真的装配环境,对产品的可装配性进行虚拟验证,所以,机械虚拟装配技术应运而生。
2.1
与一般的装配仿真相比较,虚拟装配技术有着明显的区别。一般的装配仿真是在预先建立的仿真模型下将零部件组装在一起,首先是构建仿真的环境,接着预先编制产品的装配顺序,最后进行仿真组装。在这仿真的过程中没有人为的参与,装配仿真验证的只是产品在装配过程中是否发生干涉,仿真的效果完全依赖于预先建立的仿真模型,信息量少,局限性很大。相比之下,虚拟装配系统突出人的因素在虚拟装配中的重要性,尽量将装配技术人员的经验、专业知识融入装配系统。在虚拟装配过程,不仅要验证产品设计和装配的可行性,即可装配,还要寻找、验证设计和装配的科学性,即定出最优的设计方案和装配顺序。因此虚拟装配技术可称为人机一体的装配智能系统。其装配过程不同。在传统的CAD系统下,装配技术人员是通过鼠标拾取零件模型上的几何元素,根据菜单指定两个零件的约束关系,让系统自动计算两个零件间的位置关系,然后进行几何变换将待装配零件移动到目标位置,完成装配。在这过程中,装配技术人员无法感受到装配过程,系统也不能按照一条没有碰撞的路径将待装配的零件移动到目标位置。传统CAD系统中不考虑零件间的干涉,如按照传统CAD环境下的装配顺序来制定现实的装配顺序,往往是不可行的。在虚拟装配技术系统中,装配技术人员直接抓取虚拟零件,沿着一条没有碰撞的、优化的路径将待装配零件移动到目标位置,检测零件之间的干涉情况,并且融入了装配技术人员的经验、专业知识,由此获得的装配顺序一般是可行的和优化的。

基于SolidWorks的电磁截止阀虚拟设计及动态仿真

基于SolidWorks的电磁截止阀虚拟设计及动态仿真

液压气动与密封/2012年第4期基于SolidWorks的电磁截止阀虚拟设计及动态仿真于良振,王明琳,张海波(山东泰丰液压股份有限公司,山东济宁272000)摘要:为了更好的理解和认识电磁截止阀的内部结构和工作原理,以SolidWorks为平台,对电磁截止阀进行了产品零件的3D建模设计、虚拟装配、干涉检查和动态仿真,实现了零件设计和产品虚拟装配的互动,并且动态仿真过程可以录制成动画,有利于新产品的推广和应用。

关键词:电磁截止阀;电磁球阀;动态仿真:虚拟装配;SolidWorks中图分类号:TH137.5文献标识码:A文章编号:1008-0813(2012)04-0008-03Virtual Design and Dynamic Simulation ofElectromagnetic Shut-off Valve Based on SolidWorksYU Liang-zhen,WANG Ming-lin,ZHANG Hai-bo(Shandong Taifeng Hydraulic Co.,Ltd.,Jining272000,China)Abstract:In order to better understand and recognize the directional-control shut-off valve of the internal structure and working principle,using SolidWorks as a platform,the directional-control shut-off valve made parts of the3D modeling design,virtual assembly,interference checking and simulation,to achieve the parts design and virtual assembly of the interaction,and the dynamic simulation process can be made into animation,there is conducive to the promotion of new products and applications.Key words:directional-control shut-off valve;directional-control ball valve;dynamic simulation;virtual assembly;SolidWorks0前言计算机三维零部件设计、虚拟装配技术是虚拟制造技术中的关键技术之一,现已得到逐步推广应用,能大大提高设计速度,缩短研发周期,降低设计错误,减少设计成本。

手压阀的建模与装配

手压阀的建模与装配

(一)手压阀中各零件的三维建模过程:阀体1.打开Solid Works,选择“资源选项卡”,单击“新建文档”,选择“零件”并确定创建文档。

2.选择上视基准面并画出如下草图1(圆半径为28mm),使用“剪裁实体”按钮得到草图2。

草图1 草图23.点击特征选项卡中的“拉伸凸台、基体”按钮,在方向选项卡中输入拉伸深度为105mm 并确定,得到下图中的凸台。

4.按“空格”选择上视,单击零件顶面并在面上绘制如下图形(内圆半径为23mm),选择特征中的“拉伸切除”按钮,输入切除深度为18mm,确定后得到如下实体。

5.右键点击“右视基准面”,选择“草图绘制”并在右视基准面中画一个圆心距底面35mm,半径为15mm的圆,再单击“拉伸凸台”按钮,设置拉伸长度为58mm,得到下图实体6.再次右键“右视基准面”,选择草图绘制并绘制如下草图,单击“拉伸凸台”按钮,选择“反向”,拉伸长度为60mm,确定后生成下例实体。

7. 右键“前视基准面”,选择草图绘制并绘制如下草图。

单击退出草图,选择特征选项卡中的“筋”特征,单击草图,设置宽度为6mm,确定后生成如下实体。

8.调整视图至左视,单击主柱体的左平面并右键选择“草图绘制”,绘制如下草图。

再单击“拉伸凸台”按钮,设置长度为24mm,确定后得到如下实体。

9.选择正视,单击长方体的面后画如下草图(圆r=12mm),并用拉伸凸台拉伸6mm成实体。

10.单击特征选项卡中的“镜像”按钮,镜像面选择前视基准面,镜像特征选择步骤8、9中拉伸生成的两个实体,点击确定后生成如下实体。

11.下面开始对阀体内部开始建模。

右键“前视基准面”并选择“剖面视图”,得到阀体剖面,右键选择前视基准面进入草图绘制,并画如下草图。

单击特征选项卡中的“旋转切除”按钮,给定深度360度,确定后得到如下实体。

12.在剖面上再绘制如下草图(孔直径均为15mm),同样用“旋转切除”按钮得到实体。

13.右键选择前视基准面并绘制如下草图。

基于Solidworks Simulation对阀体总体一次薄膜应力求解技术路线探讨

基于Solidworks Simulation对阀体总体一次薄膜应力求解技术路线探讨

基于Solidworks Simulation对阀体总体一次薄膜应力求解
技术路线探讨
崔硕
【期刊名称】《阀门》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】通过对阀体总体一次薄膜应力的理解,运用Solidworks对阀体数模进行建立并应用Solidworks Simulation对阀体数模进行网格及边界条件加载,经求解后所得应力值,应用Excel表格分析技术对提取应力线性化后求解出阀体总体一次薄膜应力.
【总页数】3页(P18-20)
【作者】崔硕
【作者单位】沈阳盛世高中压阀门有限公司,辽宁沈阳110142
【正文语种】中文
【中图分类】TH134
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1.基于SolidWorks的刀具角度求解方法的探讨 [J], 苏小萍;梁天权
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用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体

用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体

用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设
计阀体
倪伟
【期刊名称】《数字技术与应用》
【年(卷),期】2009(000)010
【摘要】阀门是火力发电重要管道部件之一,目前随着我国火力发电技术水平以及环保节能要求的提高,机组参数也越来越高。

随之而来,阀门的研发设计水平也必须提高。

在阀门设计中,最为重要的就是阀体的强度结构设计与流体力学分析。

随着许多制图、计算等辅助设计工具的开发和运用,我们现在可以更加方便快捷和准确地分析和设计。

本文以高温高压的堵阀阀体设计为例,用Solid Works立体三维软件结合ANSYS有限元分析法设计阀体,从而很快得出直观精确的数据,为我们校核强度改进设计提供有力支持。

【总页数】1页(P33)
【作者】倪伟
【作者单位】四川省自贡市华夏阀门有限公司,四川自贡643001
【正文语种】中文
【中图分类】TK413
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1.用SolidWorks三维软件设计采煤机行走箱传动的方法 [J], 马修水;李慧
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济源职业技术学院毕业设计题目基于SolidWorks的手压阀的仿真设计系别机电工程系专业机电一体化技术班级机电0909班姓名任团结学号 09010919 指导教师苑成友日期 2011年08月设计任务书设计题目:基于SolidWorks的手压阀的模拟仿真设计要求:1、手压阀零件建模设计;2、手压阀装配设计;3、手压阀机构仿真设计;设计进度要求:第一周:收集查阅资料,确定设计题目。

第二周:写任务书并列出大纲。

第三周:用solidworks进行手压阀的零件建模及装配体建模。

第四周:做电子稿并进行论文的排版和编辑。

第五周:修改论文、定稿、打印。

第六周:提交论文并准备答辩。

第七周:参加答辩指导教师(签名):摘要SolidWorks软件是美国Solidworks公司开发的三维CAD产品,是一套机械设计自动化软件,功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点,使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

Solidworks市场份额增长最快、技术发展最快、市场前景最好、性能价格比最优的软件。

SolidWorks 不仅提供如此强大的功能,同时对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。

本文探究了计算机模拟仿真技术的概念、特点和分类、关键技术以及在现实生活中的几个典型应用,基于SolidWorks对手压阀各零件进行三维建模,充分利用SolidWorks的参数、关系式、零件库等知识对各组成零、部件进行建模,再完成各部件装配和总装配,最后对总体机构进行运动仿真。

通过一系列操作的完成,真实再现手压阀的工作,对零部件的设计有很大的帮助。

关键词:模拟仿真,手压阀,Solid Works目录设计任务书 (I)摘要 (II)1 绪论 (2)2 仿真技术的概述 (3)3 仿真模拟技术的特点与分类 (4)3.1仿真模拟的分类 (4)3.2仿真模拟与虚拟现实技术 (4)4 仿真模拟中的关键技术 (6)4.1动态环境建模技术 (6)4.2交互设备和工具 (6)4.3仿真场景管理技术 (7)4.4网络环境技术 (7)4.5应用环境系统 (7)5 仿真模拟技术的几个典型应用 (8)5.1制造工业中的模拟仿真技术 (8)5.2作战演习的仿真模拟 (8)6 基于SOLIDWORKS的手压阀的模拟仿真 (10)6.1S OLID W ORKS概述 (10)6.2手压阀的基本工作原理 (11)6.3手压阀组成零件的实体建模 (11)6.3.1零件的实体建模 (12)6.4手压阀的装配 (18)6.4.1 手压阀的爆炸演示的制作过程 (19)6.4.2 手压阀的模拟仿真运动演示的制作过程 (20)结论 (23)致谢 (24)参考文献 (25)1 绪论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。

充分说明了模拟仿真技术在现代科学技术领域中的重要地位。

Solidworks软件是一种强大的虚拟样机设计和仿真平台, 具有方便易用、直观简单、功能丰富等优点。

利用该项技术可以快速地发现机械系统设计中的缺陷, 并可以直接更改模型, 大大地减少了设计中的错误, 缩短了新产品的开发周期;同时基于该软件的模拟仿真可以在教学上直观形象的演示给学生,使学生通过通俗易懂的画面,快捷、高效地接受新知识。

2 仿真技术的概述仿真是指用一个数据处理系统,来全部或部分地模仿某一数据处理系统,使得模仿的系统能像被模仿的系统一样接受同样的数据,执行同样的程序,获得同样的结果。

模拟(有时也译作仿真)是指用一个数字处理系统表达某个物理系统或抽象系统中选取的行为特征。

但在习惯上我们总是将仿真模拟两个词连用,有时也简称为仿真,以simulation来表示,是用模型(物理模型或数学模型)来模仿实际系统,代替实际系统进行实验和研究,是产品设计和制造中的常用技术手段。

确切地说,仿真模拟技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际或者设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

它综合了计算机、信息处理、自动控制等等多个高新领域的技术,已经成为科学研究中除理论研究和科学实验以外的第三种方法。

目前的广泛应用不仅有力地推动了计算机、电子和控制技术等相关学科的发展,其应用成果也产生了巨大的经济效益和社会效益。

用仿真模拟系统进行试验,不受气候、场地和时间等客观条件限制,具有经济、灵活、可多次重复使用的优点,尤其适用于航空、航天、国防、航海及其他大规模复杂系统的分析、设计、试验和评估过程,已经成为许多复杂系统必不可少的辅助设计手段。

其中著名的有美国NASA在航天器外的空间活动和哈勃天文望远镜修复的地面仿真模拟训练系统。

因此,美国国防部将建模和仿真技术列为21世纪保证美军优势地位的七大关键技术之一。

国外产业界也将其视为一项参与新世纪竞争的重要技术。

3 仿真模拟技术的特点与分类传统上,仿真模拟技术是探讨系统、模型、仿真三者之间的关系,仿真就是对模型的实验,模型是系统的抽象,仿真建模就是对不同形式的系统模型研究其求解算法。

现代的仿真技术,更多的是根据物理规律通过计算机的程序计算,建模方法和手段更为丰富,如通过基于模型库的结构化建模,采用面向对象建模方法,在类库的基础上实现模型拼合与重用等软件工程技术。

由此涌现出来的众多的新算法和新软件,大大加快了仿真模拟过程。

要想通过仿真模拟得出正确、有效地结论,必须对仿真结果进行科学的分析。

现代仿真软件广泛采用了可视化技术,通过图形、图表,甚至动画生动逼真地显示出被仿真对象的各种状态,使模拟仿真的输出信息更加丰富、更加详尽、更加有利于对仿真结果的科学分析。

3.1 仿真模拟的分类仿真模拟技术在不同的应用领域和应用中,具有不同的实现形式,主要体现在系统模型或者仿真模型的不同实现形式,根据系统模型中是否包含随机因素,可分为随机型和确定型模型;根据模型是否具有时变性,可分为动态模型和静态模型;从仿真模拟的形态区分,通常有实物仿真和半实物仿真甚至全软件仿真等形式;从系统状态来区分主要可以分为离散事件仿真、Monte - Carlo仿真和连续仿真等形式。

3.2 仿真模拟与虚拟现实技术在有关文献中,我们经常可以看到仿真模拟技术与虚拟现实技术等表达方式密切相关,虚拟现实和仿真模拟是从不同的角度、不同的对象或者不同的应用范围来阐述实物虚化和虚物实化的控制操作过程间的研究目标和实现手段等大部分是相似的。

虚拟现实从用户感受角度分为桌面级虚拟现实和沉浸式虚拟现实两种类型,从研究对象角度分为仿真虚拟现实和假想性虚拟现实,还有其他依据不同的背景和要求对虚拟现实研究方法和表现形式的各种分类。

通常我们要求虚拟环境满足三要素:沉浸感、互动性和构想性,但是对于不同的应用目标,虚拟现实技术对三个要素的实现要求也有很大的不同。

仿真模拟技术按照技术交互手段和实现目的不同分为过程仿真和结果仿真,前者侧重在系统行为过程活动的真实性验证,它与虚拟现实技术联系更为紧密,后者侧重在对系统模型计算结果的验证,通常借助于高性能计算机等设备获得数据,再对计算结果作可视化重现。

而通常我们所说的计算机仿真更侧重在利用计算机软件模拟环境与真实环境结合进行的操作和推演,因此仿真模拟更注重于系统中的一些物理特性或真实特性,有时并不注重系统的沉浸感。

但是目前越来越多的仿真模拟技术与虚拟现实技术相结合以提高仿真模拟的沉浸感,虚拟现实也越来越多地使用仿真模拟常用的设备和装置来提高虚拟现实的真实感,因此两者的界限也越来越模糊。

这里我们不对两者作清晰的区分,这里所说的仿真模拟技术就是综合使用这两种技术的统称。

4 仿真模拟中的关键技术仿真模拟技术的关键是模型和环境的构建以及实时交互和反馈技术。

它涉及到数据表示、运动计算和实时视景生成等基本环节。

数据表示与管理不仅与物理模型或者数学模型的构建和环境生成等图形图像数据有关,也与其他数据格式和具体应用背景所需要的数据有关。

运动计算不仅需要高性能的计算能力也与仿真应用背景密切相关,它包括动力学或者运动学方程等具体的数学物理模型求解以及实时交互计算。

实时视景生成对于强调过程真实感的体验型仿真模系统尤为重要。

4.1 动态环境建模技术虚拟环境的建立是体验型虚拟仿真模拟技术的核心内容。

动态环境建模技术的目的是根据应用的需要获取实际环境的三维数据,建立相应的虚拟环境模型和仿真对象。

三维数据和三维对象的获取可以采用场景建模,图像等多种形式,有效提高数据获取的效率。

它的技术特点是执行人在一个通过计算机和其他设备构建起来的三维视觉或者听觉、以及包括触觉反馈在内的操作环境中,对执行人的反馈做出及时响应,造成与真实场景和系统几乎一样的操作感觉,因此系统要求具有很强的实时交互性。

据统计,仿真模拟系统所提供的视景为仿真模拟提供了70%的有用信息[ 6 ] ,仿真模拟系统内容的丰富程度、逼真度、清晰度和视场角的大小,直接影响到仿真系统的质量和仿真模拟效果。

尽管目前构成的虚拟场景已经有了较为逼真的场景效果,但是利用图形图像技术生成的真实感场景与真实场景相比仍有不小的差距。

目前采用的增强现实技术,采用部分真实的场景对象代替计算机生成对象,对仿真模拟过程起到了很好的效果。

三维声音处理也是一个虚拟仿真场景所需要的,它包括声音合成、三维声音定位和语音识别等技术。

在某些应用中,还需要声光电磁等环境因素的考虑。

4.2交互设备和工具人与虚拟环境交互的硬件接口装置,涉及图形图像硬件设备,用于产生沉浸感,以及跟踪装置,用于跟踪用户头部的位置和方向及从手的位置跟踪到全身各肢体的位置,跟踪装置把这些信息送入应用软件,以确定眼睛的位置及视线方向。

如头盔式显示器(HMD) 、空间沉浸式显示器( SID,如洞穴式和圆顶式)。

触觉和力反馈系统提供触觉刺激,如三维动作跟踪器可提供32个关节传感器,带力反馈的数据手套等。

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