基于多学科协同的某锁机构系统故障仿真

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机 构 系统 的故 障仿 真 分 析 方 法 ． 文 案 例 为 典 型 锁 本
运 动机 构 系统 ， 涉及 结构 机构 、 压驱 动 和 电磁 控 制 液
理 想液 体具 有 ３种形 式 的能量 ， 即压 力 能 、 能和 位 动 能， 三者 之 间 可 以互 相 转 化 ， 液 体 在 管 道 内 任 一 但
建 模方 法 ， 建立某 冷 氦增 压 系统机 械 、 动 、 气 电磁 、 热 与 控制 多学 科动 力 学 仿 真 分 析模 型 ， 过 系统 流 量 通 和 压 降分析 对 系统增 压故 障进 行 分析 定位 ． 本 文 基 于 多学 科 软 件 协 同 ， 出针 对 复 杂运 动 提
基 于 多学 科 协 同 的某 锁 机 构 系统 故 障仿 真
雷 鸣敏 ， 喻 天 翔 ， 宋笔锋
（ 北工业大学 航 空学院 ， 安 西 西 ７０７ ） １０ ２
摘 要 ：为解 决机 电液耦合 的 复杂运 动机 构 系统 的故 障仿 真 问题 ， 出一 种基 于 多 学科 软 件 协 同的 提
ｈｔ ： ｔ ／／ｗｗｗ．ｃ ｉ ｃ ｅ． ／ ｐ ｈｎａ ａ Ｃ１
第 ５期
雷鸣敏 ， ： 于 多学科协 同的 某锁 机 构 系统故 障仿 真 等 基
３ ５
规 方法 会 产 生 系统 模 型 复 杂 和 计 算 效 率 低 下 等 问 题， 而基 于单一 虚 拟样 机 多体 动 力 学 软 件 的方 法 只 能 考虑 结构 机构 动力 学 问题 ． 基于 多学科 协 同 的故 障建模 仿 真方 法可 以有 效
流 量均 不变 ， 即
ｑ ＝Ａ ｖ （） ２
用 虚拟 样机 对 故 障模 式 下 的火炮 性 能进 行 仿 真 ， 得 到 故 障因素 阈值 ， 为火 炮 的预 防性 维 修 提供 科 学 依
据； 李伟 等 以液 压式 输 弹机 的机 液 一 体 化虚 拟 样 机 为 故 障仿 真 平 台 ， 析 引起 输 弹机 输 弹 故 障 的 ３ 分 种 影 响 因素 ， 建立 相应 的故 障模 型进 行 故障仿 真 ， 并
Ｋｅ ｏ ｄ ： ａｌ ｓ ｌ ｉ ；ｍ ｌ－ｉ ｉ ｉａｙｃｌ ｂｒｔ ｅｍ ｄｌ ｇ ｆｕｔｎｅｔ ｎ ｏｋｍ ｃａ ｉ ｙｗ ｒ ｓ ｆ ｔ ｉ ａ ｏ ｕ ｍｕ ｔ ｎ ｕｔｄｓ ｐ ｎ ｒ ｏ ａ ｏａ ｖ ｏ ｅ ｎ ； ａ ｌｉｊｃ ｏ ；ｌ ｅｈ ｎｓ ｉ ｃｌ ｌ ｉ ｉ ｉ ｃ ｍ
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ｐ ｐ ｇ ｇ
ｐｇ
＋ｈ
（） ３
式 中 ： 和丝 为 单 位 质 量 液 体 的压 力 能 称 为 比压
，
能 ； 和 为 单 位 质量 液 体 的动 能 ， 又称 比动 能 ； 。 ｈ
二ｇ 二ｇ
和 ｈ 单位 质量 液体 的位 能 ， 为 又称 比位 能． 伯 努 利方 程 说 明 ， 密 封 管道 内作 恒 定 流动 的 在
喻 天 翔 （ ９７ ）， ， 南信 阳人 ， 教 授 ， 士 ， 究 方 向 为飞 行 器结 构／ 构 可 靠 性 分析 与 可 靠性 优 化 设 计 ， １７ 一 男 河 副 博 研 机
（ ｍ ｉ ｔ ｎ ｉｎ ｙ ＠ ｎ ｐ ． ｄ ． ｌ Ｅ— ａｌ ｉ ｘａ ｇ ｕ ｗ ｕ ｅ ｕ ｅ ）ａ ｌ
式 中 ： ， 和 分 别 为 广 义 位 移 、 度 和 加 速 度 矩 速
阵 ； 量矩 阵 ， 质 阻尼矩 阵 Ｃ， 弹性 矩 阵 和广 义 力
矩 阵 Ｑ 中包含 机构 刚体 运 动参 数 ， 些 参数 都 为 机 这
构 位置 时 间的 函数．
１ ２ 液压动 力 学方 程 ．
０
引 — 口 ． ・
故 障仿真模 拟 技术 为提 高 电子 系统 和机 械系统
型 和故 障模 型 ， 再将 故 障模 型 引入 到系统 模 型 中 ， 采
用有 效 的数 值计 算 方 法求 解 系统 模 型． 过 分 析 故 通 障 因素与 系统特 征参 数之 间 的关 系 ， 获取 故 障原 因 、
连 续性 方程 是质 量 守恒定 律 在流体 力 学 中的表 达 形式 ． 在不 可 压缩 的恒 定流 动 的液体 中 ， 不管平 均
流 速 和通 流截 面沿 流 程 怎 样 变化 ， 过 不 同截 面 的 流
专 业模 块 和完 善 的零 部 件 数 据 库 ， 挥 各 学 科仿 真 发
软 件在 各 自学科 领域 的特长 ． 贾 长 治等 在建 立 典 型 故 障模 型 的 基础 上 ， 利
故 障仿真 分析 方 法． 通过软 件接 口建立机 构 系统基 于 多学科协 同的仿 真模 型 ． 相 关故 障模 式影 响 将
因素注入 机构 系统仿 真模 型 ， 仿真 分析其 对 系统参数 的影 响 ． 某锁机 构 系统 的上锁 故 障仿真 分析 表 明 ， 方法对 工程 实 际复杂运 动机 构 系统有 效可行 ． 故 障仿 真 方 法有 助 于提 高机械 产品 可 靠性 ， 该 该 也 可 为复杂机 械 系统 的故 障机 理 分析 、 障诊 断 和维修 等提供 数据 支持 ． 故 关键 词 ： 障仿 真 ；多学科协 同建模 ；故 障注入 ； 故 锁机 构
ｍ ｕ ｔ． ｉｃｐｌ ａ ｙ ｃ …ａ ｏ ａ‘ ｎ ｌｉ ｓ ｉ ｉ ｒ ｏ ｌ ｂ ｒ ｔｏ － ｄ ｎ ｌ ｉ ‘
Ｌ ｎ ｍｉ ＥＩ Ｍｉ ｇ ｎ，ＹＵ ａ ｘ ａ ｇ，Ｓ Ｔｉｎ ｉ ｎ ＯＮＧ ｆ ｎ Ｂｉ ｇ ｅ
（ ｃｏｌ ｆ ｅ ｎｕｉｓ ｏｔｗ ｓ ｒ ｏ ｔ ｈ ｉ ｌ ｎ ｅｓｙ Ｘ ’ｎ７ ０ ７ ，Ｃ ｉａ Ｓ ｈｏ ｏ ｒ ａｔ ，Ｎ ｒ ｅｔ ｎＰ ｌ ｅ ｎ ａ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉａ ０ ２ ｈｎ ） Ａ ｏ ｃ ｈ ｅ ｙｃ ｃ ｖ ｉ １
产 品 的可 靠性 提供 一条有 效途 径 ．１ ［ 训常规 的故 障仿
真方 法基 于相 关学 科 理 论 知识 ， 建立 合 适 的系 统模
收 稿 日期 ： ０ １ １． １ 修 回 日期 ： ０ ｌｌ．Ｏ ２ １ －２Ｏ ２ １ ＿２２
提高 系统 特性 ， 系统 的故 障诊 断 和维 修 等 提 供 理 为
处 ， 者 的总 和是一 定 的． 三 动 量方 程 可用 于计算 流动 液体 作用 于 限制其 流 动 的 固体壁 面 上 的总作 用力
等 ， 计算 机辅 助设 计 、 用 多体 动力 学 和液 压控 制分 析
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｏ ｏｖ ｔ ｐ ｏ ｅ ｓ ｌ ｅ ｈｅ ｒｂｌｍ ｏ ａ ｌ ｉ ｌｔｏ ｏ ｃ ｍｐｌｘ ｆ ｆ ｕ ｔ ｍｕ ａｉ ｎ ｎ ｏ ｓ ｅ ｍｏ ｉｇ ｍ ｅ ｈ ｎｉｍ ｗｉｈ ｖｎ ｃ ａ ｓ ｔ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｃ ａ ｉａ —
ｈ ｄ ａ ｌｃ ｅ ｅ ｔｏ ｃ ｕ ｌｎ ｙ ｒ ｕ ｉ ・ ｌｃｒ ｏ ｐ ｉ ｇ， ａ ｆ ｕｔ ｓｍｕ ａ ｉｎ ａ ａｙ ｉ ｍｅｈ ｄ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ ｂａ ｅ ｏ ｍｕ ｔ— ｉｃ ｐ ｉ ａ ｙ ａ ｌ ｉ ｌ ｔｏ ｎ ｌ ｓｓ ｔ ｏ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｓ ｄ ｎ ｌｉｄ ｓ ｉ ｌｎ ｒ ｓ ｆ ｒ ｏｌｂｏ ａｉｎ． Ｔｈ ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｏ ｔ ｅ ｃ ｌａ ｒ ｔｏ ｗａ ｅ ｃ ａ ｉｍ ｓｍｕ ａｉｎ ｉ ｌｔｏ ｍｏ ｅ ｂａ ｅ ｏ ｍｕｔ— ｉｃｐ ｉ ａ ｙ ｏｌ ｂ ｒ ｔｏ ｉ ｄ ｌ ｓｄ ｎ ｌ ｄ ｓ ｉ ｌｎ ｒ ｃ ｌａ ｏ ａｉ ｎ Ｓ ｉ
式 中 ： 液体 流量 ， ｑ为 ｑ为常量 ； 为通 流 截 面 ； 通 为 过截 面 流体 的平 均 流速． 对 于理 想 流 体 ， 同一 流束 上 的任 意 ２个 断 面 满 足伯 努利 方 程
＋ ＋ ｈ－ ＝
Ｐ２
ｕ２
＋
得 到输 弹机 输 弹故 障 的 主Biblioteka Baidu 原 因 ， 输 弹机 的勤 务 为 维 修提 供理 论依 据 ； 靖 东 等 通 过 多 学科 动力 学 刘
中图分 类号 ： Ｈ１７ Ｔ １ ４ ３ Ｔ ３ ； Ｂ １ ． 文献标 志码 ： Ｂ
１ｎ 。
ａ ｔ ｓ ｍ ｕｌ ｔ０ｎ Ｉ １ Ｃ ｅ ｈａ ｓ ｓ ｎ ｎ Ｕｌ ｉ ａｉ ｏ ｏ Ｋ ｍ ｃ ｎｉ ｍ ｂａ ｅ ０
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第 ２ 卷 第 ５期 ｌ ２１ ０ ２年 １ ０月
计 算 机 辅 助 工 程
Ｃｏ ｍｐｕ ｅ ｄ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｉ ｇ ｔｒＡｉ ｅ ｇｎｅ ｒｎ
Ｖ０ ． Ｎｏ． １２１ ５ ０ｃ ２ ２ Ｌ ０１
文 章 编 号 ：０ ６—０７ （ ０ ２ ０ －０ ４０ １０ ８ １ ２ １ ）５０ ３ －６
论支 持 ． 但 对 于多 学科 耦 合 的复 杂 机 械 系统 ， 常
基 金 项 目 ：国 家 自然科 学基 金 （ １０ ３８） 中国人 民 解放 军 总装 备 部 预研 基 金 （ １ １０ ００ ） ５ １５０ ； ５３ ９ １１４
作者简介 ：雷鸣敏 （９ ５ ） 男， １８ 一 ， 陕西岐 山人 ， 硕士研 究生 ， 究方向为飞行 器结构／ 研 机构可靠性 分析 ， Ｅ ｍ ｉ）ｅ — ｗ ｕ ２ ．ｏ （ ． ａ ｌｍｍ ｎ ｐ ＠１６ ｃｍ ｌ ｉ
解 决 上述 问题 ． 杂产 品 的多 学 科 耦 合 建 模 主要 有 复
两 种 方 法 ： 种 是 基 于 统 一 语 言 的 方 法 ， 基 于 一 如
Ｍｏｅｉ 语 言 的多 学 科 建 模 方 法 等 ； 一 种 是 基 于 ｄｌａ ｃ 另
软 件接 口的方 法 ， 以利 用 各 学 科 仿 真 软 件 成熟 的 可
ｏ ｈ ｔ ｏ ｒ ｅ ｉ ｅ ｙ ｔ ｅ ｆｕｌ ｓｍｕｌｔｏ ｎ ｎ ｌｓｓｏ ｈ ｏ ｋ ｎ ａ ｌ ｒ ｆａｌ ｃ ｃ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｅ ｖ ｒｆ ｄ ｂ ｈ ａ ｔ ｉ ｉ ａｉｎ ａ ｄ ａ ａ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌｃ ｉ ｇｆ ｉｕ ｅ ｏ ｏ ｋ ｍｅ ｈａ ｉｍ．