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第二章 RV減速器樣機的系統(tǒng)平臺的構建
虛擬建模技術包含兩方面的內容：一是幾何仿真，即機構的幾何特性與裝配關系的仿真；二是性能仿真，即系統(tǒng)物理性能的仿真。幾何仿真是通過虛擬造型技術直觀、準確地反映產(chǎn)品的幾何特征與裝配關系，進而在設計早期就可預測系統(tǒng)干涉、檢驗裝配缺陷，以便順利進入下一步對機構進行運動學、動力學及靜態(tài)仿真的物理性能仿真中。物理建模是為幾何模型施加切合實際的物理特性，如約束、驅動力、摩擦及剛度柔度等性能參數(shù)。合理的幾何仿真技術是性能仿真中優(yōu)化設計的前提與基礎。
本課題在CAD/CAE/CAM(Computer Aided Design,Computer Aided Manufacturing)特征造型工具UG(Unigraphics Solutions）和PRO/E(PRo/ENGINEERING）、機械動力學仿真軟件ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）和有限元分析軟件ANSYS集成系統(tǒng)的基礎上，對新型傳動機構RV減速器進行了研究，幾個應用軟件將形成一體化的建模與仿真分析環(huán)境，即在UG或PRO/E中實施幾何仿真，在ADAMS與ANSYS中實施物理仿真。
2.1系統(tǒng)環(huán)境介紹
2.1.1 UG簡介
UG系美國EDS公司發(fā)布的、高度集成的CAD/CAEA/CAM/PMD高端產(chǎn)品，它以世界上具領先地位的虛擬實體造型引擎Parasolid為內核，在產(chǎn)品的概念設計、機構分析、有限元分析、詳細設計、裝配、工程制圖以及數(shù)據(jù)輸出等所有領域均有相應的功能模塊的支持，尤其在實體造型方面有獨特的解決方案，是虛擬制造技術有力的支持工具之一。且在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結合在一起，這一結合被實踐證明是強有力的，并被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。
2.1.2 PRO/E簡介
pro/engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術公司（parametric technology corporation，簡稱ptc)的產(chǎn)品。ptc公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關的概念改變了機械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準。利用該概念開發(fā)出來的第三代機械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品pro/engineer軟件能將設計至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時進行同一產(chǎn)品的設計制造工作，即實現(xiàn)所謂的并行工程。
pro/engineer系統(tǒng)主要功能如下：
(l）真正的全相關性，任何地方的修改都會自動反映到所有相關地方。
(2）具有真正管理并發(fā)進程、實現(xiàn)并行工程的能力。
(3）具有強大的裝配功能，能夠始終保持設計者的設計意圖。
(4）容易使用，可以極大地提高設計效率。
pro/engineer系統(tǒng)用戶界面簡潔，概念清晰，符合工程人員的設計思想與習慣。整個系統(tǒng)建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫上，具有完整而統(tǒng)一的模型。
2.1.3 ADAMS簡介
ADAMS是美國MDI公司（現(xiàn)與MSC公司合并）的拳頭產(chǎn)品，由于該軟件采用了比較先進的計算方法，大大縮短了計算時間，其精度也有相當?shù)奶岣�，因此被廣泛地應月到機械設計的各領域。很多軟件開發(fā)公司借鑒其設計思想，或直接利用其計算核心，加上適當?shù)那�、后處理程序形成了專用軟件�?br> 作為數(shù)字化功能樣機技術的代表，ADAMS的主要功能有:
·豐富的分析功能：系統(tǒng)運動分析、靜態(tài)分析、準靜態(tài)分析、動態(tài)分析、靈敏度分析等；
·較完善的前后處理功能：簡單的建模功能；曲線（頻域和時域）、表格、圖形（包括動畫）的輸出；
·可以對直接設計的系統(tǒng)進行預測。如干涉檢驗，軌跡校核、靈敏度分析等：
·可對已有的系統(tǒng)進行性能評估。諸如振動與噪音的分析等；
·可對原有系統(tǒng)進行改進。如提出最佳的幾何結構與裝配方案。
·有完善的檔案輸入輸出功能，如*.bin,*.cmd等可存儲模型的不同數(shù)據(jù)，能根據(jù)各自的需要靈活選擇。
2.1.4 ANSYS簡介
ANSYS是一專用的有限元分析工具。目前，有限元求解算法已經(jīng)比較成熟。因此本技術的應用將有助于對機構的載荷與邊界條件作出恰當校核，預測機構在強度與剛度上存在的致命缺陷，更重要的是它能準確分析在不同工況下零部件的振動模態(tài)與固有頻率，為虛擬樣機提供柔性元素，從而提高整個樣機的置信度。
ANSYS支持的圖形傳遞標準包括SAT、Parasolid以及STEP，并且與下面的CAD軟件有接口：Unigraphics、Pro/ENGINEER、I-Deas、Catia、CADDS、SolidEdge和Solidworks。它所支持的硬件平臺包括：Intel PC、SGI、HP、SUN、ALPH、IBM、CRAY等。
ANSYS有如下的技術特點及功能：
·能夠實現(xiàn)多物理場（如結構、溫度場、流暢、電磁場）之間耦合分析的有限元分析軟件。耦合指一耦合單元或物理環(huán)境中的分析結果可以作為其它“耦合單元”或“物理環(huán)境”的載荷約束，耦合可以是雙向的；
·強大的幾何非線形、材料非線形及單元非線形分析功能；
·豐富的網(wǎng)絡劃分工具，支持自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格、智能網(wǎng)格、自適應網(wǎng)格等，以確保單元形態(tài)及求解精度；
·靈活、快速的求解器，由穩(wěn)定可靠的傳統(tǒng)波前求解器，也有高速、高精度的PCG求解器，專門用于BLOCKLANCZOS的特征值求解器等。
·完全交互式的前后處理和圖形軟件，大大減輕了用戶創(chuàng)建工程模型、生成有限元模型以及分析和評價計算結果的工作量；
2.2應用軟件間接口及選擇

一、各工具軟件之間的接口（如圖2-l所示）
1、ADAMS在與UG的通訊中利用了Parasolid核技術，通訊中零件的幾何位置及相互關系保持不變，并且零件的密度、質量、慣量可完整無誤地傳遞。
2、Pro/e與ADAMS之間是通過Mechanism/Pro模塊進行通訊的，Mechanism/Pro模塊是ADAMS公司為Pro/e軟件開發(fā)的一個專用模塊，用戶完成幾何模型的建造后可以不用退出Pro/e，直接在改環(huán)境下進行簡單的系統(tǒng)仿真分析。
3、ANSYS公司新開發(fā)的AWE模塊可以讓UG中完成的幾何模型完整無誤地傳遞到產(chǎn)NAYS中（包含裝配關系），從而為數(shù)據(jù)的無縫傳遞奠定了基礎。
4、Pro/e與ANSYSI間可以直接通過ANSYS隔Connection進行通訊。
5、通過ADAMS/Flex接口模塊，ADAMS可將載荷工況輸入到有限元分析程序ANSYS中，有限元程序的計算數(shù)據(jù)也可以返回ADAMS建立柔體模型。