机械运动仿真和有限元分析技术概念

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有限元分析FEA

广州有道计算机科技有限公司有限元分析FEA有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。

这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。

由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元分析（FEA，Finite Element Analysis）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素，即单元，就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

大型通用有限元商业软件：如ANSYS可以分析多学科的问题，例如：机械、电磁、热力学等；电机有限元分析软件NASTRAN等。

还有三维结构设计方面的UG、CATIA、Proe等都是比较强大的。

国产有限元软件：FEPG、SciFEA、,JiFEX、KMAS等有限元法：把求解区域看作由许多小的在节点处相互连接的单元（子域）所构成，其模型给出基本方程的分片（子域）近似解，由于单元（子域）可以被分割成各种形状和大小不同的尺寸，所以它能很好地适应复杂的几何形状、复杂的材料特性和复杂的边界条件。

有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元，在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式，借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。

采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有限元方法。

有限元法的收敛性是指：当网格逐渐加密时，有限元解答的序列收敛到精确解；或者当单元尺寸固定时，每个单元的自由度数越多，有限元的解答就越趋近于精确解。

机械系统的动力学建模及分析方法

机械系统的动力学建模及分析方法引言机械工程是一门研究机械系统设计、制造和运行的学科，它的发展与制造业的兴起密不可分。

在机械工程中，动力学建模及分析是一项重要的研究内容，它涉及到机械系统的运动学和力学特性。

本文将介绍机械系统动力学建模的基本原理和常用的分析方法。

一、机械系统动力学建模的基本原理机械系统动力学建模的目的是描述机械系统在外部作用下的运动规律和力学特性。

为了实现这一目标，需要从以下几个方面进行建模：1. 运动学建模：运动学建模是指描述机械系统的运动规律和运动参数的过程。

它包括位置、速度、加速度等运动参数的描述，可以通过几何方法或者数学方法进行建模。

2. 力学建模：力学建模是指描述机械系统受力和力的作用下的运动规律和力学特性的过程。

它包括受力分析、力的平衡和动力学分析等内容，可以通过牛顿定律和其他力学原理进行建模。

3. 系统参数建模：系统参数建模是指描述机械系统的物理特性和结构参数的过程。

它包括质量、惯性矩、刚度等参数的确定，可以通过实验测量或者理论计算进行建模。

二、机械系统动力学建模的分析方法1. 动力学方程建立：动力学方程是描述机械系统运动规律的数学表达式。

根据牛顿定律和动力学原理，可以建立机械系统的动力学方程。

常见的动力学方程包括运动学方程和力学方程，可以通过微分方程或者矩阵方程进行描述。

2. 线性化分析：线性化分析是指将非线性的动力学方程转化为线性的近似方程的过程。

在某些情况下，非线性方程的求解非常困难，因此可以通过线性化分析来简化问题的求解。

线性化分析可以通过泰勒级数展开或者线性化逼近的方法进行。

3. 模态分析：模态分析是指研究机械系统的固有振动特性和模态参数的过程。

通过模态分析，可以确定机械系统的固有频率、振型和振幅等参数，为系统的设计和优化提供依据。

常见的模态分析方法包括模态测试和有限元分析等。

4. 运动仿真：运动仿真是指通过计算机模拟机械系统的运动过程和力学特性的过程。

通过运动仿真，可以预测机械系统的运动轨迹、速度和加速度等参数，为系统的设计和优化提供参考。

机械设计基础机械设计中的CAE分析方法

机械设计基础机械设计中的CAE分析方法机械设计是工程领域中非常重要的一项任务，它涉及到各种机械设备的设计和制造。

而在现代机械设计中，CAE（计算机辅助工程）分析方法的应用越来越广泛，为设计师提供了强大的工具和技术支持。

本文将介绍机械设计中常用的CAE分析方法，以及它们在设计过程中的应用。

一、有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）有限元分析是机械设计中最常用的CAE分析方法之一。

它通过将实际的结构分割成有限数量的小元素，然后利用数值计算方法求解每个小元素的应力、变形等物理量。

这样可以在较小的计算范围内，准确预测结构的力学性能。

在机械设计中，有限元分析广泛应用于刚度、强度、稳定性、疲劳寿命等方面的评估。

设计师可以通过有限元分析来验证设计方案的可行性，确定合适的材料和尺寸，并最终优化设计方案。

二、计算流体力学分析（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）计算流体力学分析是机械设计中另一个重要的CAE分析方法。

它用数值方法解决流体力学方程，对液态、气态流体的流动、传热、传质等进行模拟和计算。

在机械设计中，计算流体力学分析常用于气动性能、液压性能、热传导等方面的研究。

通过CFD分析，设计师可以预测流体在机械设备中的流动状态和传热效果，为设计方案的改进提供重要的参考。

三、多体动力学分析（Multibody Dynamics Analysis，简称MDA）多体动力学分析是机械设计中用于研究刚体与刚体之间相对运动的CAE分析方法。

它将机械系统视为由多个刚体组成的多体系统，通过求解动力学方程，计算系统中刚体的位移、速度、加速度等运动参数。

在机械设计中，多体动力学分析广泛应用于机构设计、机械振动、运动机理等方面的研究。

通过MDA分析，设计师可以了解机械系统的运动规律和力学性能，优化机构设计，提高系统的工作效率和稳定性。

四、耦合分析（Coupled Analysis）耦合分析是机械设计中将多个CAE分析方法整合起来进行综合分析的方法。

机械运动仿真和有限元分析技术

机械运动仿真和有限元分析技术（浙江大学城市学院机电0905）【摘要】本文主要对机械运动仿真和有限元分析技术概念、机械运动仿真和有限元分析软件使用过程有所了解，以及对PROE机械运动仿真和有限元分析使用案例进行分析【关键词】机械运动仿真有限元分析 PROE案例一、引言目前，许多国内外的大型辅助设计软件，都包含了机械装配和运动学仿真的功能模块，例如PTC的Pro／Engineer，SDRC的1一DEAS，MATRA的EUCl ID软件及DES的UG等。

机械产品的运动分析和仿真已经成为计算机辅助工程(CAE)中不可缺少的重要环节，同时也成为机械设计的必经过程。

进行机械产品设计时，通常要进行机构的运动分析，以此来验证机构设计的合理性和可行性。

机构运动仿真技术就是通过对机构添加运动副、驱动器，使其运动起来，以实现机构的运动模拟。

此外，运用机构中的后处理功能可以查看当前机构的运动，并且可以对机构进行运动速度、轨迹、位移、运动干涉情况的分析，为研究机构模型提供方便。

在机械系统计算机辅助工程即MCAE领域内，根据数值分析求解机理和求解问题范围不同，常用的CAE技术有：有限元分析（FEA）技术；（固体力学范畴）计算流体动力学（CFD）分析技术；（流体力学范畴）刚体动力学分析（RBA）技术。

二、机械运动仿真和有限元分析技术概念机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术基础山的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。

机械运动仿真的过程如图：通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等还可以及时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。

抓取机械手的运动仿真及腰部有限元分析

抓取机械手的运动仿真及腰部有限元分析发表时间：2018-05-30T10:33:18.067Z 来源：《防护工程》2018年第2期作者：杨静[导读] 能够充分证明有限元分析的准确性，这样所获得的机械手在荷载作用下的变形情况就能够得到改善。

广州广电计量检测股份有限公司广东省广州市 510656摘要:采用UG来给抓取机械手创建实体模型，并且采用UG的运动分析模块来给机械手的大臀部位采取运动仿真。

在工作期间，机械手很容易倾倒，而腰部在力矩的作用下会出现弯曲的情况，这样一来，机械手在竖直方向的运动就会受到干扰。

采用嵌入UG的Nastran来给腰部结构采取有限元分析，能够获取最大应力，然后再和计算机应力相比，这样一来就能够确保机械手的运行得到稳定，同时后续工作也能够得到顺利的进行。

关键词:机械手；运动仿真；有限元分析在现代机器人种类当中，机械手是最早出现的。

其作用主要是能够取代人力劳动，从而让生产工作变得自动化。

手部、控制系统乙级运动机构是机械手最为重要的部分。

在工作期间，腰部主要的作用，是将底座和大臂的主要部位进行衔接，同时还能够承受弯曲应力，所以在设计期间，一定要确保腰部达到理想的强度。

下面我们通过介绍UG的Nastran，来掌握腰部的受力情况，并找到最大的应力点，然后再和计算机应力相比，并且采用运动仿真模块来仿真腰部运动。

一运动学分析1.1 运动学正解是指已经获取的杆件的参数以及关节变量，然后根据实际数据，来找到定坐标系的位置。

所以，可以采用D-H的法来创建立坐标系转换矩阵：A1=cosθ1--sinθ 1 0 0 A2=sinθ 1 cosθ 1 0 0A2=cosθ 2 -sinθ 2 0 0 A2=sinθ 2 cosθ 2 0 0A3=cosθ 3 -sinθ 3 0 a 2 cosθ 3A3=sinθ 3 cosθ 3 0 a 2 cosθ 3其中，A1代表的是腰部模块关节变换矩阵、A2代表的是大臀关节变换矩阵，而A3则代表的是小臀关节变换矩阵，这样一来就能够获取机械手末杆的位资矩阵。

机械系统的动力学仿真

机械系统的动力学仿真近年来，机械系统的动力学仿真在工程领域中扮演着重要的角色。

通过对机械系统进行仿真分析，可以有效地预测系统的动态性能，为设计与优化提供依据。

本文将介绍机械系统的动力学仿真以及其在工程应用中的重要性。

一、机械系统的动力学仿真概述机械系统的动力学仿真是指使用计算机模拟机械系统在特定工况下的运动规律和力学特性。

通过建立数学模型，包括质量、弹性、阻尼等参数，仿真方法可以模拟和预测机械系统的动态行为。

这对于机械系统的设计、优化和故障诊断等方面都具有重要意义。

二、机械系统动力学仿真的应用领域1. 汽车工程：在汽车工程领域，动力学仿真可以用于评估车辆的悬挂系统、转向系统和制动系统等的性能。

通过仿真模拟，可以预测车辆在不同路况下的悬挂系统的响应、车辆的操控性和稳定性等。

2. 航空航天工程：在航空航天工程领域，动力学仿真可以用于模拟飞机的飞行、着陆和滑行过程。

通过仿真模拟，可以评估飞机在各种工况下的动态响应、操纵特性和安全性能，以指导飞机结构的设计和飞行控制系统的优化。

3. 机械制造：在机械制造领域，动力学仿真可以用于评估机械设备的性能和可靠性。

通过仿真模拟，可以预测机械设备在运行时的受力情况、振动特性和故障概率，以指导机械设计的改进和维护策略的制定。

4. 能源工程：在能源工程领域，动力学仿真可以用于模拟和优化能源转换系统的动态性能。

例如，通过仿真模拟燃气轮机的运行过程，可以评估其燃烧效率、传热特性和机械振动等特性，以指导燃气轮机系统的设计和运行优化。

三、机械系统动力学仿真的方法1. 基于建模语言的仿真方法：这种方法基于建模语言，如MATLAB/Simulink 等，通过建立系统的数学模型和参数，进行仿真分析。

它可以有效地模拟机械系统的动态特性，但对于复杂系统的建模和仿真可能存在一定的困难。

2. 基于有限元法的仿真方法：这种方法使用有限元法建立机械系统的数学模型，通过分析和求解系统的运动方程，得到系统的动态响应和力学特性。

运动仿真技术

精心整理一SW运动仿真1.简介二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE）方法后，有限元分析（FEA）就成了最先被广泛采用的模拟工具。

多年来，该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间。

由于机械产品日渐复杂，不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。

设计者迫切感到必须使模拟超出FEA的局限范围，除使用FEA模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能。

用。

2.程序会CAD何体发生改变时，可在几秒内更新所有结果。

图4为急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉。

图4急回机构中滑杆和驱动连杆之间的干涉运动模拟可在短时间内对任何复杂程度的机构进行分析，可能包含刚性连接装置、弹簧、阻尼器和接触面组。

如雪地车前悬架、健身器、CD驱动器等的运动。

图5复杂机构的运动仿真除机构分析外，设计者还可通过将运动轨迹转换成CAD几何体，将运动模拟用于机构合成。

例如，设计一个沿着导轨移动滑杆的凸轮，用运动仿真生成该凸轮的轮廓。

首先将所需滑杆位置表达为时间和滑杆在旋转凸轮上移动轨迹的函数，然后将轨迹路径转换为CAD几何体，以创建凸轮轮廓。

图6滑杆沿导轨移动的位移函数图7滑杆沿旋转盘移动绘制的凸轮轮廓设计者还可将运动轨迹用于很多用途，例如，验证工业机器人的运动、测试工具路径以获取选择机器人大小所需的信息，以及确定功率要求。

图8工业机器人在多个位置之间的移动运动模拟的另外一项重要应用是模拟零部件之间的碰撞和接触，以研究零部件之间可能形成的缝隙，得出机构的精确结果。

例如，通过模拟碰撞和接触，可以研究阀提升机构中凸轮和曲线仪（摇杆）之间可能形成的缝隙。

3.将运动仿真与FEA结合想了解运动仿真和FEA在机构仿真中如何结合使用，首先要了解每种方法的基本假设。

FEA是一种用于结构分析的数字技术，已成为研究结构的主导CAE方法。

它可以分析任何固定支撑的弹性物体的行为，此处弹性是指物体可变性。

机械设计中的模拟仿真

机械设计中的模拟仿真在机械设计领域，模拟仿真技术被广泛应用于产品设计、性能评估和故障分析等方面。

通过建立虚拟的物理模型和模拟仿真软件的运算，工程师们可以在设计阶段就对机械系统进行全面的分析和验证，从而提高设计效率、降低成本，并确保产品的可靠性和安全性。

一、模拟仿真的定义和作用模拟仿真是指利用计算机软件来模拟真实系统的行为和性能的过程。

在机械设计中，模拟仿真可以帮助工程师们在实际制造之前对产品进行测试和优化。

通过模拟仿真，设计师们可以验证设计方案、预测性能参数、研究不同工况下的响应等，从而减少试验制造和测试的时间和成本。

模拟仿真的作用主要有以下几个方面：1. 验证设计方案：模拟仿真可以帮助设计师们验证设计方案的正确性和合理性。

通过在计算机上建立产品的虚拟模型，可以对设计方案的结构、材料、尺寸等进行全面分析和评估，以确保最终产品能够满足设计要求。

2. 预测性能参数：通过模拟仿真，可以预测和评估产品在不同工况下的性能参数，如强度、刚度、耐久性等。

这样设计师可以在实际制造之前对产品的性能进行预估，进一步优化设计方案，以提高产品的稳定性和可靠性。

3. 研究不同工况下的响应：模拟仿真可以帮助设计师们研究产品在不同工况下的响应情况。

通过模拟各种工作条件下的载荷和边界条件，可以了解产品在振动、疲劳、温度等不同环境下的性能表现，从而指导设计改进和故障排查。

4. 降低成本和风险：通过模拟仿真，可以在产品制造之前发现潜在的设计问题，避免在实际制造阶段出现大规模的错误和故障。

这样可以有效降低产品开发周期和制造成本，并减少产品回归和故障的风险。

二、模拟仿真主要应用领域模拟仿真在机械设计中有广泛的应用，主要涉及以下几个方面：1. 结构分析：结构分析是模拟仿真的一个重要应用领域。

通过建立产品的有限元模型，可以对产品在不同载荷下的应力和变形进行分析和评估。

这样设计师可以根据分析结果进行结构优化，提高产品的强度和刚度。

2. 运动仿真：运动仿真是研究产品在运动过程中的各种动态特性的一种方法。

运动仿真技术

一SW运动仿真1.简介二十世纪八十年代以来，设计工程中首次使用计算机辅助工程（CAE）方法后，有限元分析（FEA）就成了最先被广泛采用的模拟工具。

多年来,该工具帮助设计者在研究新产品的结构性能时节约了大量时间.由于机械产品日渐复杂,不断加剧的竞争加快了新设计方案投入市场的速度。

设计者迫切感到必须使模拟超出FEA的局限范围,除使用FEA模拟结构性能外，还需要在构建物理原型之前确定新产品的运动学和动力学性能.运动仿真（又称刚性实体动力学）提供了用于解决这些问题的模拟方法，并很快得到了广泛应用。

2.用于机构分析与合成的运动仿真假设设计者要设计一个用于绘制各种椭圆的椭圆规。

在CAD装配体中定义配合后，便可使模型活动起来，以查看机构零部件的移动方式。

虽然装配体动画可以显示装配体零部件的相对运动，但运动速度却没有意义,要得出速度、加速度、驱动力、反馈力、功率要求等结果，设计者需要一个更强大的工具，运动仿真便应运而生了。

图1 CAD动画制作器模拟的处于不同位置的椭圆规运动仿真可以提供运动机构所有零部件的运动学性能(包括位置、速度和加速度）和动力学性能（包括驱动力、反馈力、惯性力和功率要求)的完整量化信息。

更重要的是,不用耗费更多时间就可以获得运动仿真结果。

因为执行运动仿真所需的所有内容都已在CAD装配体模型中定义好了,只需将它传输到运动仿真程序即可.在椭圆规案例中，设计者只需确定马达的速度，要绘制的点以及希望查看的运动结果。

程序会自动执行其余的内容，无需用户干预，程序会自动用等式描述机构运动。

数字解算器会很快解算出运动方程式,包括所有零部件的位移、速度、加速度、接点反作用力和惯性载荷以及保持运动所必需的功率的完整信息。

(图2）图2 由运动模拟器计算的椭圆规线速度和马达功率翻转滑杆机构运动模拟是机械运动学常见示例.为了获得曲柄以匀速旋转时摇臂的角速度和加速度，可以使用多种分析方法来解决该问题。

学生最常使用的是复数方法.但“手动”解决此类问题需要进行大量的计算，耗费时间.且滑杆的形体发生改变，整个计算过程都需从头再来。

机械工程中的数值计算与有限元分析

机械工程中的数值计算与有限元分析随着科学技术的发展，数值计算方法在机械工程中变得越来越重要。

机械工程师们通过数值计算，可以更准确地预测和分析各种运算，从而帮助他们设计更高效、更可靠的机械系统。

在机械工程中，数值计算主要用于模拟和分析各种物理现象。

其中，有限元分析是一种广泛应用的数值计算方法。

有限元分析通过将复杂的连续体分割成许多小的离散单元，然后以数值方法求解这些单元的行为，从而近似求解整个物体的行为。

有限元分析可以用于解决各种力学问题，如结构分析、热传导分析和流体力学分析等。

在有限元分析中，首先需要将要分析的物体划分成许多离散的单元。

这些单元可以是一维、二维或三维的，根据实际情况来确定。

然后，通过应力平衡、热传导方程和流体力学方程等，建立每个单元内部的力学模型。

接下来，通过数值方法求解单元之间的边界条件和相互作用，从而得到整个物体的行为。

在有限元分析中，广泛使用的数值方法有有限差分法、有限体积法和有限元法等。

其中，有限元法是最常用的数值方法之一。

有限元法将连续体分割成许多小的单元，在每个单元上建立一个适当的数学模型，并将这些模型组合成整个物体的数学模型。

然后，通过数值方法求解这个数学模型，得到物体的应力、应变、温度等重要信息。

有限元分析在机械工程中的应用非常广泛。

例如，在结构分析中，有限元分析可以帮助工程师验证和改进结构的强度和刚度。

工程师可以通过建立合适的力学模型，分析结构在外力作用下的应力分布和变形情况，并进一步评估结构的耐久性和安全性。

在流体力学分析中，有限元分析可以用于模拟流体在复杂空间中的运动和交互。

工程师可以根据流体力学方程，建立合适的数学模型，并通过求解这个模型来分析流体的压力、速度和温度等重要参数。

除了有限元分析，机械工程中的数值计算还有很多其他应用。

例如，工程师可以使用有限差分法来解决一些偏微分方程。

有限差分法通过将空间和时间离散化，将偏微分方程转化为一组代数方程，并通过迭代求解这组方程，得到偏微分方程的数值解。

机械系统的动力学特性分析与仿真

机械系统的动力学特性分析与仿真在现代工程领域中，机械系统的动力学特性分析与仿真是一项重要的技术。

它可以帮助工程师们更好地了解和预测机械系统的运动行为，为设计和优化机械系统提供可靠的依据。

本文将从理论与实践两个方面介绍机械系统的动力学特性分析与仿真。

一、动力学特性分析机械系统的动力学特性包括质量、惯性、刚度、阻尼等。

这些特性能直接影响机械系统的运动响应和稳定性。

在动力学特性分析中，常用的方法有质量矩阵法、阻尼矩阵法和刚度矩阵法等。

质量矩阵法利用质量矩阵描述机械系统各个部分的质量分布情况，并通过矩阵运算得到系统的动力学方程。

通过分析质量矩阵可以得知机械系统的质量分布情况，为设计优化提供依据。

阻尼矩阵法则通过对系统进行阻尼特性分析，得到系统的阻尼矩阵。

阻尼矩阵可以反映机械系统的阻尼分布和阻尼能力，对减少系统振动与噪音具有重要作用。

刚度矩阵法通过分析机械系统的刚度分布情况，得到系统的刚度矩阵。

刚度矩阵能反映机械系统的刚度分布和变形特性，为系统的优化设计提供依据。

二、动力学仿真动力学仿真是通过计算机建立机械系统的数学模型，并利用数值计算方法求解动力学方程，从而模拟机械系统的运动行为。

动力学仿真可以有效地预测机械系统的响应和稳定性，为系统的设计和优化提供指导。

在动力学仿真中，常用的方法有多体系统仿真和有限元分析。

多体系统仿真是通过建立各个部件之间的动力学联系，构建机械系统的数学模型。

通过求解模型的动力学方程，可以得到系统的运动轨迹和响应。

多体系统仿真在车辆动力学、机械振动与噪声等领域得到广泛应用。

有限元分析将机械系统分割成有限个单元，每个单元具有特定的材料和几何性质。

通过求解单元之间的力平衡方程，可以得到机械系统的运动行为。

有限元分析在结构强度、疲劳分析等方面具有重要应用。

三、实例分析以汽车悬挂系统为例，介绍动力学特性分析与仿真的应用。

汽车悬挂系统通过减震器和弹簧等组件，为车身提供舒适的行驶环境。

在悬挂系统的设计过程中，需要对系统的动力学特性进行分析与仿真。

UG有限元分析学习(报告)

基于ＵＧ的机械优化设计专业：机械设计制造及其自动化班级：机械1083班学号：201013090312学生姓名：谢铮指导教师：彭浩舸2013年6 月13 日基于ＵＧ的机械优化设计通过U G对机械零件进行初步建模, 然后根据实际情况把设计模拟成有限元模型, 最后用结构分析模块对其进行优化设计, 既可减少产品的设计周期, 又节约了生产成本, 提高了企业的竞争力。

本课程我们主要对机械运动仿真和有限元分析技术概念、和有限元分析软件使用过程有所了解，以及对UG机械运动仿真和有限元分析使用案例进行分析，更多是需要我们课后的自主学习！下面是学生谢铮对这本课程的理解和认识。

一、机械运动仿真1.1机械运动仿真的概念机械运动仿真是指对于某个待研究的系统模型建立其仿真模型，进而在计算机上对该仿真模型研究的过程。

所以机械运动仿真是通过对系统模型的实验去研究一个真实的系统。

1.2机械运动仿真的应用机械运动仿真作业一门新兴的高科技技术，在制造业产品设计和制造，尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中，一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大的作用。

在从产品的设计、制造到测试维护的整个生命周期中，机械放着技术贯穿始末。

1.3 一般操作流程及说明⑴建模和装配及了解其工作原理。

⑵建立运动仿真环境。

⑶定义连杆。

⑷定义运动副，其操作分为三步：a)选择运动副要约束的连杆。

b)确定运动副的原点。

c)确定运动副的方向。

⑸定义运动驱动，运动驱动是赋在运动副上控制运动的运动副参数。

⑹仿真解算。

⑺仿真的结果的输出与后处理。

主要是运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，进行人为的机构的运动特性分析二、有限元分析技术2.1有限元分析的概念有限元分析是应用有限元法辅助产品设计开发，提高产品的可靠性。

有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法，将研究对象离散成有限个单元体，单元之间仅在节点处相连接，通过分析得到一组代数的方法，进而求得近似解。

SolidworksMotion机构运动仿真与分析

Solidworks机构运动仿真与分析SolidworksMotion有限元分析广泛应用于机械、汽车、家电、电子产品、家具、建筑、医学骨科等产品设计及研发。

其作用是：确保产品设计的安全合理性，同时采用优化设计，找出产品设计最佳方案，降低材料的消耗或成本; 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题; 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费; 是产品设计研发的核心技术，SolidworksMotion机构运动仿真与分析机械也被应用于机械设计中。

看板网拥有超过数十年的Solidworks有限元分析项目经验和培训经验。

我们知道，机械制造工业水平的高低直接代表了了该国家或地区的经济、科技、国防等方面水平的高低。

传统的机械设计主要以静态分析、近似计算、经验设计、手工劳动伟特种的设计方法，存在着设计周期长、人为影响因数多、稳定性和可靠性差等一系列问题。

计算机辅助设计在现代机械设计中应用，不仅可以借助一些仿真软件，可以在设计过程中即可分析出机构、设备的薄弱点、干涉区域等等一些传统设计方法无法实现的功能。

还可以有效的缩短设计周期。

Solidworks Motion是一个虚拟原型机仿真工具，对浮渣机械系统能实现全面的动力学和运动学仿真，并可得到系统中零件的作用力、反作用力、速度、加速度以及位移等运动参数。

并且输出结果能以动画、图形以及表格等多种形式表示。

此外，在复杂运动情况下，还能在其他有限元分析软件中输入零部件的复杂载情况，从而能对其结构和强度进行准确的分析。

Solidworks Motion支持同轴心配合、铰链配合、点对点重合配合、锁定配合、面对面的重合配合、万向节配合、螺旋配合、点在轴线上的重合配合、平行配合、垂直配合的配合约束等多种配合。

Solidworks Motion可分别按速度、位移和加速度配合时间、循环角度和角速度可以定义相对简单的运动，另外，该软件也完全支持比如立方样条曲线、线『生曲线、Akima样条曲线，这样就可以定义较复杂的运动。

机械设计中的仿真和模拟技术

机械设计中的仿真和模拟技术在机械设计领域中，仿真和模拟技术是非常重要的工具和方法。

借助这些技术，设计师可以在计算机中建立虚拟的模型，以模拟和预测机械系统的性能、行为和性质。

本文将介绍机械设计中常用的仿真和模拟技术，并分析其在实际应用中的优势和挑战。

一、仿真技术1. 数值仿真数值仿真是机械设计中常用的一种仿真技术。

通过建立数学模型和运用数值计算方法，可以模拟机械系统的运动、变形、热力学特性等。

数值仿真广泛应用于机械结构强度分析、流体力学仿真、热传导分析等方面。

借助数值仿真，设计师可以快速了解机械系统的行为，并优化设计方案，减少试验成本。

2. 有限元分析有限元分析是机械设计中一种常见的仿真技术。

通过将复杂的连续体分割成有限个单元，并建立节点之间的关系，可以在计算机中计算出结构的应力、变形、振动等情况。

有限元分析广泛应用于结构强度分析、材料力学性能评估、振动和声学分析等领域。

它可以快速评估设计的可行性，并指导设计的优化和改进。

3. 多体动力学仿真多体动力学仿真是研究机械系统运动学和动力学行为的技术。

通过建立机械系统各个零部件之间的连接关系和力学特性，可以模拟机械系统的运动规律、力学特性和能量传递情况。

多体动力学仿真广泛应用于机械系统的运动学分析、轨迹规划、运动控制等方面。

它可以帮助设计师更好地理解机械系统的工作原理，提高设计的准确性和可靠性。

二、模拟技术1. 动力学模拟动力学模拟是机械设计中的一种重要模拟技术。

借助物理和数学模型，可以模拟机械系统在不同工况下的运动和力学特性。

通过动力学模拟，设计师可以预测机械系统在不同负载下的响应，分析系统的稳定性、振动特性等。

动力学模拟广泛应用于机械系统的动态性能评估、操纵性分析、碰撞仿真和可靠性评估等方面。

2. 流体力学模拟流体力学模拟是一种模拟和预测流体流动和传热行为的技术。

借助流体力学模拟，设计师可以研究液体和气体在不同流动条件下的行为、压力分布和热传导情况。

模拟仿真技术在机械工程中的应用教程

模拟仿真技术在机械工程中的应用教程一、简介模拟仿真技术是一种通过计算机模拟实际系统的运行情况的技术。

在机械工程领域中，模拟仿真技术能够帮助工程师们预测和评估机械设备的性能、优化设计方案以及解决问题。

本文将简要介绍模拟仿真技术在机械工程中的应用及其相关工具和软件。

二、应用领域1. 产品设计与开发：通过模拟仿真技术，工程师们可以在计算机上进行虚拟的测试和验证，以评估机械设备在各种情况下的性能和可靠性。

这可以帮助他们在产品设计和开发的早期阶段发现和解决问题，减少实际生产中的故障和成本。

2. 运动分析与优化：模拟仿真技术能够帮助机械工程师们对机械系统的运动进行分析和优化。

通过对力学原理和运动学的仿真，他们可以预测机械设备的运动轨迹、速度和加速度，并调整设计方案以优化运动性能。

3. 疲劳分析与寿命评估：模拟仿真技术可以帮助工程师们对机械部件的疲劳寿命进行评估。

通过对机械设备在不同工况和载荷下的仿真分析，可以预测部件的寿命和疲劳损伤，以便制定维护计划和优化设计。

4. 流体力学分析：在机械工程中，对液体和气体流动的分析至关重要。

模拟仿真技术可以帮助工程师们研究机械系统中的流体流动行为，如压力分布、速度分布和阻力损失等。

这对于优化流体力学性能和设计有效的流体控制系统非常重要。

三、相关工具和软件1. 有限元分析软件：有限元分析是模拟仿真技术中常用的一种方法，它可以帮助工程师们对机械结构进行力学分析。

常见的有限元分析软件有ANSYS、ABAQUS和Nastran等，它们可以对结构的应力分布、刚度和模态进行分析，并提供优化建议。

2. 计算流体力学软件：计算流体力学（CFD）是模拟仿真技术中用于研究流体流动行为的重要工具。

流体力学软件如Fluent和STAR-CCM+可以帮助工程师们模拟和分析机械系统中的流体流动，以及热传递、压力损失等相关问题。

3. 多体动力学软件：多体动力学软件可以帮助工程师们建模和仿真机械系统中不同部件之间的相互作用和运动行为。

ug有限元分析材料

ug有限元分析材料篇一：UG有限元分析UG有限元分析第1章有限元分析方法及nXnastran的由来1.1有限元分析方法介绍计算机软硬件技术的迅猛发展，给工程分析、科学研究以至人类社会带来急剧的革命性变化，数值模拟即为这一技术革命在工程分析、设计和科学研究中的具体表现。

数值模拟技术通过汲取当今计算数学、力学、计算机图形学和计算机硬件发展的最新成果，根据不同行业的需求，不断扩充、更新和完善。

1.1.1有限单元法的形成近三十年来，计算机计算能力的飞速提高和数值计算技术的长足进步，诞生了商业化的有限元数值分析软件，并发展成为一门专门的学科——计算机辅助工程caE（computeraidedEngineering）。

这些商品化的caE软件具有越来越人性化的操作界面和易用性，使得这一工具的使用者由学校或研究所的专业人员逐步扩展到企业的产品设计人员或分析人员，caE在各个工业领域的应用也得到不断普及并逐步向纵深发展，caE工程仿真在工业设计中的作用变得日益重要。

许多行业中已经将caE分析方法和计算要求设置在产品研发流程中，作为产品上市前必不可少的环节。

caE仿真在产品开发、研制与设计及科学研究中已显示出明显的优越性：????????????caE仿真可有效缩短新产品的开发研究周期。

虚拟样机的引入减少了实物样机的试验次数。

大幅度地降低产品研发成本。

在精确的分析结果指导下制造出高质量的产品。

能够快速对设计变更作出反应。

能充分和cad模型相结合并对不同类型的问题进行分析。

能够精确预测出产品的性能。

增加产品和工程的可靠性。

采用优化设计，降低材料的消耗或成本。

在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题。

模拟各种试验方案，减少试验时间和经费。

进行机械事故分析，查找事故原因。

2nXnastran基础分析指南当前流行的商业化caE软件有很多种，国际上早在20世纪50年代末、60年代初就投入大量的人力和物力开发具有强大功能的有限元分析程序。

PROE5.0动力学与有限元分析笔记

第一篇机构动力学分析机构动力学分析工作模式：FEM模式：是对模型进行网格划分、边界约束、载荷、理想处理等前处理，后需第三方软件进行求解。

集成模式：运行于PROE野火平台之上，操作界面与PROE野火相同，能直接使用PROE野火的参数进行分析和优化。

应用程序——Mechanica——确定。

独立模式：不需要PROE野火平台支持，能独立运行，可导入第三方软件模型。

应用程序——机构：包括运动仿真和动态分析运动仿真：1、定义运动副、伺服电机以实现运动模拟。

2、观察记录分析。

3、测量位置、速度、加速度等运动特征。

4、图形显示这些测量值。

5、创建轨迹和运动包络，用物理方法描述运动。

动态分析：1、使用机械动态功能在机构上定义重力、力和力矩、弹簧、阻尼等特征。

2、可以对机构设置材料、密度等基本属性特征，使其更加接近现实中的机构。

1、若不涉及质量、重力等基本属性参数，只需使用机械设计分析就能实现运动分析。

2、若受到重力、外力和力矩、阻尼等参数影响，必须使用机械设计进行静态分析、机械动态进行分析。

运动学分析流程：机构运动学仅讨论与刚体本身有关的因素，不讨论引起这些运动的因素（如重力、外力和摩擦力等）。

因此，运动学属空间和时间等基本概念及其导致的速度和加速度。

运动仿真就是机构运动学分析，它是不考虑作用于机构系统上的力的情况下分析机构运动，并对主体位置、速度和加速度进行测量。

运动仿真流程：创建模型——检查模型——添加模型化要素——准备进行分析——分析模型——获取分析结果2、检查模型：在装配模型中，拖动可以移动的零部件，观察装配连接情况。

3、添加模型化要素：在机构中添加伺服电动机等运动分析要素。

4、准备进行分析：定义初始位置，建立测量方式。

5、创建分析模型：对所创建的机构模型进行运动学分析6、获取结果：回放分析结果、零件之间的干涉检查、获取轨迹曲线和运动包络线。

动力学分析流程：机构动力学是运动学和力学的统称。

力学是处理作用在物体上的力。

机械设计中的仿真与优化设计方法

机械设计中的仿真与优化设计方法机械设计旨在通过仿真和优化设计方法提升产品的性能和可靠性。

仿真技术使得设计师能够模拟和分析机械系统在各种工况下的工作情况，而优化设计方法则可以帮助设计师在设计中找到更优的解决方案。

本文将介绍在机械设计中常用的仿真和优化设计方法，以及它们在不同领域的应用。

一、仿真设计方法1. 有限元分析（Finite Element Analysis, FEA）有限元分析是一种最常用的仿真设计方法，广泛应用于机械结构力学、材料力学、流体力学等领域。

它通过将结构划分成离散的有限元单元，建立相应的数学模型，并利用数值方法求解模型以得到结构在不同工况下的应力、变形等物理量。

有限元分析可以帮助设计师评估结构的强度、刚度、模态特性等，从而指导设计的改进和优化。

2. 计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）计算流体力学是一种应用数值方法解决流体力学问题的仿真技术。

它通过离散网格化的方式对流体领域进行数值模拟，求解流体的速度、压力、温度等物理变量。

计算流体力学在机械设计中的应用非常广泛，如风洞试验、水力学分析、液压元件设计等。

3. 多体动力学（Multibody Dynamics）多体动力学是研究刚体或柔体在运动中相互作用关系的仿真方法。

它可以模拟机械系统中多个刚体的运动轨迹、速度、加速度等，并分析系统的动力学性能。

多体动力学在机械系统设计中的应用非常广泛，如机械手臂、车辆悬挂系统等。

二、优化设计方法1. 参数优化设计参数优化设计是一种通过调整设计变量的数值来寻求最优解的方法。

在机械设计中，设计变量可以是材料的选择、构件的尺寸、接触面的设计等。

通过对设计变量进行合理的范围设定和优化算法的选择，可以得到满足特定目标和约束条件的最优设计方案。

2. 拓扑优化设计拓扑优化设计是一种通过改变结构的拓扑形态来优化设计的方法。

它通过在初始设计中增加、减少或重塑材料的分布，以此提高结构的性能。

工业机器人动力学仿真及有限元分析

工业机器人动力学仿真及有限元分析摘要：工业机器人在汽车、物流、机床、电子和化工工业等行业中被广泛应用，通常用于焊接、运输、装配、喷漆、码垛等工位。

机器人技术的快速发展大大加快了自动化生产的进程。

全球范围内工业机器人的数量在不断增加，特种作业是工业机器人的主要应用之一，它从一开始就大大改善了劳动力工作环境和产品质量，减少了劳动力，提高了生产效率并降低了生产成本，使劳动者技能需求下降，因此广泛应用于工业化，文章对工业机器人动力学和有限元模拟进行了分析。

关键词：工业机器人；动力学；仿真；有限元分析引言机器人在我国的研究和应用已经有20多年，我国的机器人经历了从引进到自行研制的过程。

目前为止，虽然我国现在具有高水平的机器人的技术和应用，并且在某种程度上达到了国际水平，但仍然存在精度和稳定性方面的不足。

1工业机器人的静力学及动力学分析受力分析是机械系统设计分析中的一项根本任务。

机器人臂杆形成一个开式连杆系，因此机器人的动力很大程度上取决于连杆的驱动器串联。

这是因为每个臂杆的质量、臂端的力、各类惯性力和惯性力矩是密不可分的。

机器人的设计为了优化，材料必须选择受力状态、结构设计和质量来分析平衡配置。

机器人受力分析的控制器设计和动力学仿真奠定了基础。

静态和动态力是机器人的受力。

主要任务是研究机器人受力分析的从动力或从动扭矩与臂杆运动关系。

其主要目的是获得机器人的控制。

如果所述重量以臂末端所述的速度和加速度运输，且驱动力或驱动扭矩的量被确定以满足这一要求，则重量被包括在动态分析中。

在计算因结构柔软而产生的动态误差和过载时，或者在驱动力或驱动扭矩的非线性耦合系数时，也需要进行运动分析。

动力学分析为必要的运动学和运动学提供了依据，也为机械设计方法改进操作执行动力学提供了依据。

2机器人运动学及动力学仿真近二十年来机器人被应用到各行各业，其要求的性能(实时控制、运动精度、可靠性等)也随着发展的需要越来越高。

因此，机器人动力学仿真是研究和改善其动力学特性的重要工具，从而分析机器人的动态特性并优化其机构和控制器设计。

机械设计中的仿真分析方法研究

机械设计中的仿真分析方法研究在现代机械设计领域，仿真分析方法已经成为了不可或缺的重要工具。

它能够在产品实际制造之前，通过虚拟模型和模拟实验，对机械系统的性能、可靠性和安全性进行预测和评估，从而大大缩短产品开发周期，降低成本，提高设计质量。

一、仿真分析方法的基本概念仿真分析，简单来说，就是利用计算机软件建立机械系统的数学模型，并在虚拟环境中对其进行各种工况下的运行模拟。

通过对模拟结果的分析，可以了解机械系统的运动规律、力学特性、热传递等方面的情况。

二、常见的仿真分析方法1、有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）有限元分析是目前机械设计中应用最为广泛的仿真方法之一。

它将复杂的机械结构离散为有限个单元，通过求解每个单元的力学方程，得到整个结构的应力、应变和位移分布。

有限元分析可以用于结构强度分析、振动分析、热分析等多个方面。

2、多体动力学仿真（Multibody Dynamics Simulation）多体动力学仿真主要用于研究机械系统中多个物体之间的运动关系。

它能够准确地模拟机械部件的运动轨迹、速度、加速度以及受力情况，对于机械系统的运动学和动力学分析具有重要意义。

3、流体动力学仿真（Computational Fluid Dynamics，CFD）当涉及到流体与机械结构的相互作用时，流体动力学仿真就派上了用场。

它可以模拟流体在管道、腔体、叶轮等中的流动情况，分析流体的压力分布、速度场、温度场等，为优化机械结构的流体性能提供依据。

4、疲劳分析（Fatigue Analysis）机械部件在长期循环载荷作用下容易发生疲劳失效。

疲劳分析通过模拟部件在实际工作载荷下的应力循环，结合材料的疲劳特性，预测部件的疲劳寿命，为设计提供可靠性保障。

三、仿真分析方法在机械设计中的应用1、零部件设计在零部件设计阶段，仿真分析可以帮助设计师优化零部件的形状和尺寸，使其在满足强度和刚度要求的前提下，尽可能减轻重量、降低成本。