运动仿真技术

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基于虚拟现实技术的运动训练仿真模拟系统

基于虚拟现实技术的运动训练仿真模拟系统

基于虚拟现实技术的运动训练仿真模拟系统摘要:目前,竞技体育正朝着高、难、精方向快速发展,因此在训练过程中必须借助一些先进的科技手段,最大化地挖掘运动员潜能。

这一过程需要综合利用与人体运动有关的学科知识,对体育项目内在规律进行分析。

运动训练仿真系统属于实验技术科学,是采用计算机模拟技术重现运动员训练动作的过程,其有助于发现训练过程中的问题,达到及时纠正的目的。

虚拟现实技术(Virtual Reality,VR)是互联网发展的产物,通过编程模拟真实的环境,因此,VR技术在一些运动项目训练中得以广泛应用。

关键词:虚拟现实技术;运动训练仿真;仿真模拟系统前言:在运动员体能训练中,基于成熟的虚拟现实技术,构建具有更强风险应对能力的训练体系,重构运动员成长生态的关键举措。

运动员体能训练工作的有序展开,应基于虚拟场域的构建,借助智慧方案的帮助,凭借实时数据的及时反馈。

1.虚拟现实技术在运动员体能训练中应用的问题1.1时空壁障在现阶段采取的空间管制工作和时间管制工作虽已大大减少,但却会不定期爆发,这无疑对运动员持续尧高频尧稳定的体能训练,造成了直接的阻隔,形成了时空壁障,运动员很难凭借自身的能力,打破这一严格的限制。

虚拟现实技术的应用也相对初级,并不能够全面维持运动员的高效能锻炼要求,只能在相对初级的启蒙训练上发挥作用,面对时空壁障所造成的风险,运动员体能训练的持续开展仍面临较大的风险。

1.2不确定性虚拟现实技术和线下实地训练相结合的混合训练方式,虽已满足了运动员的体能锻炼要求,却让整个体能锻炼过程更为复杂,与外部环境的交互更为密切。

在这种情况下,无论是空间影响能源影响或通讯影响,都会对运动员的正常锻炼造成直接的影响,甚至严重干扰其正常开展体能锻炼。

在这种不确定性因素大量增加的训练生态中,运动员的专业发展效能将受到一定的制约。

1.3交互滞后运动员基于虚拟现实技术和线下实地训练相结合的方式开展体能训练,有效保障了自身训练活动的有序开展,但由于受到疫情冲击所造成的直接影响,在人员交互信息交互以及数据交互方面出现了显著的滞后。

ug运动仿真隐藏追踪

ug运动仿真隐藏追踪

ug运动仿真隐藏追踪UG运动仿真隐藏追踪是一种先进的技术,可以在运动过程中对物体进行追踪和模拟,以实现更加真实的动画效果。

这项技术在电影制作、视频游戏开发和虚拟现实等领域都有广泛的应用。

通过对物体运动的精确模拟和追踪,可以使动画角色的动作更加自然流畅,增强用户体验。

在UG运动仿真隐藏追踪技术中,首先需要对物体进行三维建模,以获取其外观和结构信息。

然后,在物体运动过程中,通过传感器等设备对其运动轨迹进行实时监测和记录,以获取运动数据。

接着利用计算机软件对这些数据进行处理和分析,可以生成物体的运动轨迹,并进行动作仿真。

通过不断地优化和调整,可以使物体的运动更加逼真,达到隐藏追踪的效果。

UG运动仿真隐藏追踪技术的应用范围非常广泛。

在电影制作中,可以用于实现特技场景和动作戏的拍摄,节约成本和提高效率。

在视频游戏开发中,可以使游戏角色的动作更加生动和具有代入感,吸引玩家的注意力。

在虚拟现实领域,可以实现虚拟环境中物体的真实交互和运动效果,增强用户的沉浸感和体验感。

除了在影视、游戏和虚拟现实领域,UG运动仿真隐藏追踪技术还有许多其他应用。

例如在医学领域,可以用于模拟人体器官的运动和功能,帮助医生进行手术模拟和培训。

在工程领域,可以用于模拟机械结构和设备的运动,帮助工程师进行设计和优化。

在体育训练中,可以用于分析运动员的动作和姿势,提高训练效果和成绩。

总的来说,UG运动仿真隐藏追踪技术是一项非常有前景和潜力的技术,可以为各个领域带来许多新的应用和发展机遇。

随着科技的不断进步和发展,相信这项技术将会得到更广泛的应用和推广,为人类带来更多的便利和乐趣。

希望未来能够看到更多基于UG运动仿真隐藏追踪技术的创新和突破,让我们的生活变得更加丰富多彩。

基于生物力学的人体运动分析与仿真技术研究

基于生物力学的人体运动分析与仿真技术研究

基于生物力学的人体运动分析与仿真技术研究人体运动是生物力学研究领域的重要内容之一。

通过对人体运动的分析,可以揭示人体运动的特征和规律,进而为体育训练、康复医学和人机交互等领域提供理论基础和技术支持。

而人体运动的仿真技术,则能够在虚拟环境中模拟和重现人体运动的过程,为研究和应用提供更多可能性。

一、生物力学与人体运动分析生物力学作为一门交叉学科,研究的是生物体在力学作用下的运动和力学特性。

而人体运动分析则是将生物力学理论应用于人体运动研究中的一个重要分支。

通过对人体运动的观测、采样和测量,结合生物力学的理论分析方法,可以获得人体姿态、关节运动轨迹、肌肉力量等参数。

这些参数的分析将使我们能更好地了解人体运动的特征和规律,从而指导运动训练和康复计划的制定。

在现代人体运动分析中,运动捕捉技术是一个重要的工具。

运动捕捉系统利用传感器和相机等装置,采集和记录人体运动的数据。

通过对数据的分析和处理,可以还原出运动的过程和结果。

运动捕捉技术已广泛应用于运动科学、电影动画和虚拟现实等领域,为人体运动分析提供了高效而精准的手段。

二、生物力学仿真技术与人体运动研究生物力学仿真技术是指利用计算机模拟和虚拟现实技术,实现人体运动的仿真和模拟。

通过建立人体模型和仿真环境,将人体运动的特征和规律还原到计算机中,可以实现对人体运动过程的模拟和重现。

生物力学仿真技术可以帮助研究人员更加直观地观察和理解人体运动,为研究人员提供一个安全、可控且可复制的研究环境。

在现代仿真技术中,基于物理引擎的仿真是较为常见的方法之一。

通过对人体的质量、刚体连杆和关节结构等参数进行建模,并结合马尔可夫模型和运动学原理,就可以在计算机中还原人体运动的过程。

这种仿真技术不仅可以模拟人体运动的外观,还可以分析人体运动的力学特性,如滑动摩擦、关节力矩等。

基于物理引擎的仿真技术广泛应用于动画制作、虚拟现实和游戏开发等领域。

此外,机器学习和神经网络等人工智能技术也为人体运动的仿真研究提供了新的思路。

UG__运动仿真教程

UG__运动仿真教程

UG__运动仿真教程运动仿真是一种模拟真实运动过程的技术,可以帮助人们更好地理解和预测物体的运动规律。

它在物理学、机械工程、计算机动画等领域有着广泛的应用。

本文将介绍运动仿真的基本原理和常用的仿真方法。

一、运动仿真的基本原理运动仿真是通过数学模型来描述和模拟物体的运动过程。

它基于牛顿运动定律和其他物理定律,对物体的运动状态进行建模,并通过计算机算法来模拟物体在特定环境下的运动。

运动仿真的基本原理包括两个方面:力学模型和数值计算。

1.力学模型:力学模型是对物体受力和运动状态的描述。

它包括质点模型、刚体模型和弹性模型等。

质点模型将物体简化为一个质点,假设物体的质量集中在一个点上;刚体模型将物体看作刚性物体,不考虑形变;弹性模型考虑物体的形变和弹性恢复。

2.数值计算:数值计算是运动仿真的核心部分,它通过数值方法来求解运动模型。

最常用的数值方法是欧拉法和改进的欧拉法。

欧拉法通过离散化时间和空间来模拟运动过程,但它的精度较低;改进的欧拉法通过对欧拉法的改进,提高了仿真的精度。

二、运动仿真的常用方法运动仿真的方法很多,根据具体应用的需求和物体的特点选择适合的方法。

下面介绍几种常用的方法:1. 刚体动力学仿真:刚体动力学仿真适用于刚性物体的运动模拟。

它通过对刚体的受力和运动状态进行建模,并使用牛顿运动定律来求解物体的运动。

常用的方法有欧拉法、改进的欧拉法和Verlet积分法等。

2.弹性体仿真:弹性体仿真适用于弹性物体的模拟,如弹簧和橡胶。

它通过考虑物体的形变和弹性恢复来模拟物体的运动。

常用的方法有有限元法和质点弹簧模型等。

3.粒子系统仿真:粒子系统仿真适用于模拟大量粒子的运动,如雨滴、火焰和爆炸等。

它通过对粒子的位置、速度和力进行计算来模拟粒子的运动。

常用的方法有欧拉法和改进的欧拉法等。

4.刚柔耦合仿真:刚柔耦合仿真是将刚体和弹性体结合起来进行仿真。

它能够模拟包含刚性和弹性物体的复杂运动,如人物的运动和生物的行为等。

CAD运动仿真技巧

CAD运动仿真技巧

CAD运动仿真技巧CAD(计算机辅助设计)软件是现代工程设计中不可或缺的工具之一。

其提供了丰富的功能和工具,使得设计师能够设计和模拟各种不同的产品。

其中,CAD运动仿真是一项重要的技术,可以帮助设计师预测和模拟产品在不同运动状态下的行为。

本文将介绍一些与CAD运动仿真相关的技巧,帮助读者更好地使用这一功能。

首先,了解如何创建运动仿真。

在CAD软件中,我们可以使用运动仿真工具来模拟物体的运动。

首先,选择需要进行运动仿真的对象,例如一个机械构件或一个装置。

然后,选择适当的运动学类型,如转动、平移或组合运动。

接下来,设置对象的初始位置和速度,以及其他参数,如力或摩擦系数。

最后,运行仿真,并观察物体在不同运动状态下的行为。

其次,学会使用约束和连接。

在CAD运动仿真中,可以使用约束和连接来模拟物体之间的相互作用。

例如,可以使用关节约束来模拟两个物体之间的旋转关系,如铰链和万向节。

可以使用轨迹约束来模拟物体的运动轨迹,如直线运动或圆周运动。

可以使用约束来限制物体的运动范围,以及模拟其他约束条件,如接触和碰撞。

另外,掌握数据分析和结果解读。

CAD运动仿真生成了大量的数据和结果,需要进行分析和解读。

首先,可以分析物体的运动参数,如速度、加速度和位移。

可以绘制运动曲线和图表,以便更好地理解物体的运动规律。

其次,可以进行应力和变形分析,以评估物体在运动过程中的受力情况和变形程度。

可以使用动画和可视化工具来展示仿真结果,以便更好地沟通和共享。

最后,不断练习和实践。

CAD运动仿真是一项技术活,需要不断的练习和实践才能掌握。

可以选择一些简单的案例或项目来进行仿真,逐步增加难度和复杂性。

可以参考一些教程和学习资料,了解更多的技巧和技术。

可以与其他CAD用户交流和分享经验,共同探讨和解决问题。

通过持续的实践和学习,可以逐渐提高运动仿真的能力和水平。

综上所述,CAD运动仿真是一项重要的技术,可以帮助设计师预测和模拟产品在不同运动状态下的行为。

机构运动仿真的优势和局限性进行分析

机构运动仿真的优势和局限性进行分析

机构运动仿真的优势和局限性进行分析
机构运动仿真是应用数学、物理、计算机等多个领域知识,利用计算机技术模拟机构在复杂环境中的运动过程,以实现机构设计、性能分析和优化设计的过程。

下面分析机构运动仿真的优势和局限性:
优势:
1. 降低设计成本:机构运动仿真可以在计算机上进行虚拟设计、模拟和测试,可以减少实际试验的时间和成本,从而降低设计成本。

2. 提高设计效率:机构运动仿真可以根据设计要求进行验证和优化,在这个过程中,可以不断调整仿真参数以尽可能地优化方案,从而提高设计效率。

3. 增强精度:由于机构运动仿真是根据精确的数学和物理模型进行计算,因此可以获得更准确的结果,这对于工程设计和开发至关重要。

4. 提高可靠性:运用机构运动仿真技术进行模拟分析可以发现机构构件之间的相互作用、载荷分布及异常情况等,轻松急救提前发现设计过程中可能存在的问题。

局限性:
1. 数据模型的准确度是制约仿真精度的主要因素,因此要保证机构运动仿真的准确性,必须要有足够的技术和经验。

2. 仿真技术的应用范围受限制。

例如在复杂的结构设计中,机构仿真方法则无力处理连续介质流动、微观结构等复杂问题。

3. 机构运动仿真大量使用计算机模拟,需要大量计算资源和高性能计算机的加持。

在一些科研或行业领域需求更高的情况下,常规计算机基本无法满足其需求,需要大型超级计算机、云计算等技术支持。

4. 机构运动仿真在人类智慧领域相较短时间内无法趋势到一定的境地。

运动仿真技术

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。

人体运动仿真技术的研究及应用

人体运动仿真技术的研究及应用

人体运动仿真技术的研究及应用随着人类社会的发展和技术的不断进步,人类对自身的认识也越来越深入。

生物医学领域的发展使得人体的运动状态成为了科学研究的一个重要方向。

在人体运动学领域,传统的测量方法存在着很大的局限性,而运动仿真技术的出现让这一领域有了新的机遇。

人体运动仿真技术即借助计算机仿真技术对人体运动进行模拟,是一种新型的研究方法。

它可以通过数字化身体模型、运用数学模型、计算机图形学和运动学等知识来模拟人体各种复杂的运动。

其不仅可以用于人体的健康分析、姿势矫正、运动模拟等领域,还可以被广泛应用于机器人领域,如动作控制、运动规划等方面。

人体运动仿真技术的发展史人体运动仿真技术的发展可以追溯到上世纪50年代初期的美国。

当时,美国华盛顿大学的生物力学家和运动学家开始使用自制的 2D 摄影和测量系统来记录人体运动。

之后,在计算机技术和图像处理技术不断发展的推动下,人体运动仿真技术也得以不断完善。

1986年,加拿大计算机科学家 David Baldwin 开发了第一款商业化的人体运动仿真计算机软件 LifeForms,为人体运动仿真技术的发展提供了坚实的基础。

到了20世纪90年代,计算机图形学和运动捕捉技术得到了很大的发展。

采用计算机图形学技术,人体模型的真实性得到进一步提高,仿真人体姿态更加准确。

同时运动捕捉技术的应用,也是人体运动仿真技术从二维到三维的重要突破。

21世纪初,人体运动仿真技术得到了进一步的提升,3D扫描、运动识别和虚拟增强等技术的融合,使得人体仿真技术的应用范围和精度都得到了极大的提高。

人体运动仿真技术的应用及意义人体运动仿真技术在很多领域都得到了广泛应用。

在计算机动画领域,例如电影和游戏制作过程中,人体运动仿真技术使得动画角色能够更加真实的表现出各种运动细节。

在医学研究领域,人体运动仿真技术可以被用作康复训练,例如针对膝盖手术后的修复训练等。

同时,在运动产品设计、机器人领域,人体运动仿真技术也是很有发展前景的领域。

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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。

这对于学生来说也许是个有趣的作业,但在现实产品开发中根本不切实际。

运动模拟软件使用CAD装配体模型中已有的数据可以即时模拟翻转滑杆的运动。

图3 翻转滑杆机构及摇臂角速度运动模拟还可以用于检查干涉,与使用CAD 装配体动画进行干涉检查有很大不同。

运动模拟对干涉检查进行实时管理,并提供所有零部件的精确空间和时间位置以及精确的干涉体积。

当几何体发生改变时,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。

如图8所示托架,在静态载荷作用下会变形,到一定程度将不再变化;在动态载荷作用下,会围绕平衡位置振动。

FEA可以研究在静态或动态载荷作用下托架的位移、应变、应力和振动。

图9 固定支撑的托架相反,局部支撑的物体,如托架上铰接的调速轮可以旋转而无需变形。

调速轮可像刚性实体一样移动,因而该设备属于机构,而非结构。

将调速轮视为刚性实体,则无法计算应变和应力,可使用运动仿真来研究调速轮的运动。

图10 存在刚性实体运动的机构结构与机构之间的差异在于:结构在载荷作用下产生变形,存在应变和应力;机构在载荷作用下存在刚性实体的运动,无需变形。

如图所示的两个设备,都有通过铰链连接到固定基体的摆动杆,区别在于2用弹簧将摆动杆与基体连接一起。

1属于机构,因为摆动杆无论是围绕铰接链旋转,还是围绕平衡位置摆动,任何零件都无需变形,摆动杆显示的是刚性实体运动。

因此将1设备归类为机构,可使用运动仿真来研究其运动。

2属于结构,因为摆动杆围绕平衡位置摆动时会产生弹簧变形。

FEA可以分析摆动杆的振动,还可计算弹簧和其它弹性零部件的应变和应力。

图11 机构与结构对比完成运动仿真后,如果想对机构任一零部件进行变形、应力分析,则需利用FEA对该零部件进行结构分析。

运动仿真结果提供的数据可手动或自动导出到FEA,以自动方式导出时,运动仿真和FEA可进行“耦合”模拟,得到最佳结果,避免手动导出可能产生的错误。

图12为对曲柄机构进行的耦合模拟,利用FEA计算连杆中的最大应力。

图12 曲柄机构运动仿真与FEA结合使用的步骤:(1).在选择的运动范围内,采用运动仿真计算作用于所有零部件的位移、速度、加速度、接点反作用力和惯性力。

在此步骤中,所有机构连接装置均视为刚性实体。

图13中的曲线为曲柄转动一周连杆上接点的反作用力。

图13 曲柄转动一周连杆上接点的反作用力(2).找出与连杆接点上最大反作用力相对应的机构位置。

因为施加最大载荷情况下进行的分析将得到连杆所承受的最大应力。

如有必要,可选择多个位置进行分析。

图14 与连杆上最大反作用力相对应的位置(3).将这些反作用力载荷以及惯性载荷从CAD装配体传输到连杆CAD零件模型。

(4).作用于从装配体分离出来的连杆上的载荷包括接点反作用力和惯性力,如图15所示。

根据d’Alambert原理,这些载荷是互相平衡的,这就可将连杆视为处于静态载荷下的结构。

图15 连杆上的载荷(5).对受平衡静态载荷的连杆定义弹性材料属性,并传输给FEA以进行结构静态分析,以计算变形、应变和应力。

4.运动仿真和测试运动仿真可以从测试中导入历史数据,这样,使用廉价的计算机模型,而不必进行耗费时间和财力的实验测试,便可轻松地再现机构的运动,并进行全面分析,包括所有接点的反作用力、惯性效应、功耗等。

例如,在汽车悬架的案例中,运动模拟可以解决一些常见问题:如车轮撞击路缘后,导致的悬架振动将持续多长时间,支柱式悬架中需要具有多大的阻尼,控制臂及其套管中会产生多大的应力等。

5.集成CAD、运动仿真和FEA运动模拟和FEA都将CAD装配体模型作为分析的前提条件,适用于这三种工具的通用集成环境可以简化CAD、运动模拟和FEA之间的数据交换。

通过集成,可以避免在使用单个应用程序时通过中性文件格式传输数据的繁琐。

此外,将运动模拟和CAD集成起来使用而不将其与CAD相关联,可大大减少设置运动模拟模型所需的工作量。

在创建运动模拟模型时,可以反复使用材料属性与CAD装配体的配合,运动模拟所产生的结果,即运动轨迹,可以转换成CAD几何体。

但此操作只能在集成软件环境中执行。

另外,与CAD相集成可以将模拟的模型数据和模拟结果与CAD装配体模型存储在一起,而不需再专门维护一个运动模拟模型数据库。

最后,任何CAD 更改都与运动模拟和FEA紧密关联。

6.实例分析第一章绪论(2学时)运动仿真技术概述仿真技术综合集成了计算机、网络技术、图形图像技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。

仿真技术是以相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础,以计算机和各种物理效应设备为工具,利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

在机械设计领域,其设计工程主要可分为①原理方案设计;②运动学分析;③静力学或动力学分析;④方案及系统优化;⑤强度分析计算;⑥结构设计等几个阶段。

传统的设计方法可以通过理论分析计算实现,但在大多数情况下,为避免复杂的理论分析计算,在机械设计过程中经常采用“经验法”、“类比法”、“试凑法”等,这样不但延长设计周期和降低工作效率,且容易导致设计结果不准确,很难得到满意的结果,也缺乏科学的理论依据。

科学技术的飞速发展和学科的相互交叉,极大地促进了机械设计行业的发展和进步,设计的高效化和自动化已经成为今后发展的必然趋势,随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛应用,作为机械设计强大支撑技术之一的运动仿真技术越来越受到机械设计者的重视和亲睐。

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上的新技术,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,其一般步骤如图所示:图1 运动仿真一般步骤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,还可及时发现设计中可能存在的问题,通过不断改进和完善,严格保证设计阶段的质量,缩短机械产品的研制周期,提高设计成功率,从而不断提高产品在市场中的竞争力。

因此,机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法,并在交通、国防、航空航天以及教学等领域得到广泛应用。

机械系统的运动仿真可以采用VB、OpenGL、3Dmax、VC等语言编程实现,也可使用具有运动仿真功能的机械设计软件(如ADMAS、Pro/E、EUCLID、UG、Solidworks、SolidEdge等)实现。

随着计算机软件功能的不断强大和完善,用软件进行运动仿真是一种省时、省力、高效的方法,也是运动仿真发展趋势。

运动仿真技术的应用运动仿真技术的应用辐射各个学科、各个部门和各个领域,是当前世界的前沿科学之一。

它的应用不仅限于产品或系统生产集成后的性能测试试验,已扩大为产品研制的全过程,包括方案论证、设计分析、生产制造、试验维护、训练等各个阶段。

仿真技术不仅应用于简单的单个系统,也应用于多个系统综合构成的复杂系统。

从发展的历程来看,仿真技术应用的领域从传统的制造领域(生产计划制定、加工、装配、测试)向产品设计开发和销售领域扩展。

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