機(jī)械振動(dòng)計(jì)算機(jī)仿真科技

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一、概述

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人們目前已普遍采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，其中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cAD)已被廣泛推廣，而計(jì)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(dòng)態(tài)仿真。以往的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，往往是根據(jù)設(shè)計(jì)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(guò)程中，機(jī)械振動(dòng)常常會(huì)由于設(shè)計(jì)不當(dāng)，出現(xiàn)多種多樣的問(wèn)題，這樣只好重新設(shè)計(jì)。而采用CAE方法后，可以在設(shè)計(jì)的初期，樣機(jī)出來(lái)之前，在計(jì)算機(jī)上模擬出樣機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，這樣就可事先了解樣機(jī)在機(jī)械振動(dòng)中可能會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題，并于設(shè)計(jì)的初期進(jìn)行修改，使樣機(jī)一次設(shè)計(jì)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(gè)單元體，在有限個(gè)結(jié)點(diǎn)處聯(lián)結(jié)而成的結(jié)構(gòu)，而每個(gè)單元又是一個(gè)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(duì)象不是整個(gè)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(jiǎn)單。有限單元法，原則上適用于各種不同的結(jié)構(gòu)問(wèn)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(wèn)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(jì)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(dòng)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(jiǎn)介

SAP是一個(gè)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(gè)人機(jī)對(duì)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(dòng)或半自動(dòng)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(dòng)或半自動(dòng)生成的有限元模型的圖像對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼文件自動(dòng)轉(zhuǎn)換為ASCll碼，以供有限元分析之用。在分析過(guò)程中，它提供不同的求解工具，以滿足是靜態(tài)分析還是動(dòng)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(duì)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(gè)JGI一3型減振器，背部裝有兩個(gè)E25型減振器，整個(gè)機(jī)架加各個(gè)分機(jī)箱，共重140公斤。從以上的論述可以看出，機(jī)械振動(dòng)的計(jì)算機(jī)仿真是具有一定的科學(xué)性和真實(shí)性的。目前，國(guó)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(jì)隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，該方法的應(yīng)用還將有更廣闊的前景。