機械振動計算機仿真科技

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一、概述

隨著計算機的發(fā)展，人們目前已普遍采用計算機進行工程設計，其中計算機輔助設計(cAD)已被廣泛推廣，而計算機輔助工程(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)品設計，往往是根據(jù)設計經(jīng)驗，確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式，待樣機產(chǎn)生后再根據(jù)環(huán)境試驗的要求做各種例行試驗，試驗過程中，機械振動常常會由于設計不當，出現(xiàn)多種多樣的問題，這樣只好重新設計。而采用CAE方法后，可以在設計的初期，樣機出來之前，在計算機上模擬出樣機的結(jié)構(gòu)形式，并在計算機上進行動態(tài)模擬，這樣就可事先了解樣機在機械振動中可能會出現(xiàn)的問題，并于設計的初期進行修改，使樣機一次設計成功，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)，而是以單元的特點位移，作為系統(tǒng)的廣義坐標，結(jié)點力一般則表示為結(jié)點位移的函數(shù)，由于各單元可根據(jù)需要取得很小，所以它們的函數(shù)關系可表達得非常簡單。有限單元法，原則上適用于各種不同的結(jié)構(gòu)問題，是一種適應性很強的數(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，就為利用計算機解題提供了便利條件。

2.虛功原理

在固體力學中，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)造復雜的有限元模型，并且可以用各種方式觀看、檢驗構(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的二進制碼文件自動轉(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。該軟件的運行結(jié)果已被工程驗證。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行的結(jié)果。

四、具體應用實例

以某發(fā)射機機架作為研究對象。如圖1為某發(fā)射機的外形，該機器高為817.smm，寬為545mm，深為55omm，機架底部裝有四個JGI一3型減振器，背部裝有兩個E25型減振器，整個機架加各個分機箱，共重140公斤。從以上的論述可以看出，機械振動的計算機仿真是具有一定的科學性和真實性的。目前，國內(nèi)一些科研院校及有實力的企業(yè)已將它運用到實際工作中，如汽車、飛機及雷達的研制，并已取得一定的成果，預計隨著計算機的發(fā)展，該方法的應用還將有更廣闊的前景。