機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--多學科系統(tǒng)級虛擬樣機建模與仿真技術

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附錄 附錄一 to to to so on in t is is In of is to ow s is an In to we in to as as in to 2. t 2.1 is at is ay so P. as of of so on in so in so is is to in to to 2.2 is in in * in M ], [ K ], [ x ] in as as * in he so in to is is in to 2.3 in an to he so on so on so in of is to in so on in to at is 3. n of is PD PD to in of PD in At at SC to in to is to t is on * - in * - a SE - - on to in on * ++ ++ - - in ++ - of on * on to * * on to * on so on * AC or II n on * * * in to on * * 0 t 1 y as as in so on in we in of on to of on 2 t to 3 n in to be to in to as as we to is on E to on o f s 4 . 統(tǒng)級 in in is In in as as On on by If to "to it is is a as as in if be of PD 能化 in at 5 as 6 附錄 二 多學科系統(tǒng)級虛擬樣機建模與仿真技術 本文從當前產(chǎn)品設計過程對多學科聯(lián)合仿真的需求出發(fā)，分析了產(chǎn)品協(xié)同設計對仿真技術三個層次的功能需求，并引出當前實現(xiàn)多學科集成仿真的一般方法。多學科聯(lián)合仿真需要控制、機構、有限元等不同仿真環(huán)境的集成和數(shù)據(jù)交換，供最為系統(tǒng)和完整的多學科協(xié)同仿真開發(fā)環(huán)境，本文詳細介紹了 學科系統(tǒng)級虛擬樣機建模和仿真的解決方案，并給出了具體的實例。 1．多學科聯(lián)合仿真的需求 眾所周知，現(xiàn)代產(chǎn)品的研發(fā)流程是多人團隊、多學 科領域的協(xié)同設計過程。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，無論是系統(tǒng)級的方案原理設計，還是部件級的詳細參數(shù)規(guī)格設計，都涉及到多個不同的子系統(tǒng)和相關學科領域，這些子系統(tǒng)都有自己特定的功能和獨特的設計方法，而各子系統(tǒng)之間則具有交互耦合作用，共同組成完整的功能系統(tǒng)。 圖 1 現(xiàn)代產(chǎn)品過程涉及多個子系統(tǒng)和相關學 科領域 如何有效的協(xié)調(diào)各個子系統(tǒng)設計團隊的工作，讓團隊之間達到信息共享、互通有無，并保證子系統(tǒng)的設計質量和整體性能，實現(xiàn)產(chǎn)品設計真正的一體化和協(xié)同化，從而提高設計效率，節(jié)省設計成本，縮短開發(fā)周期，這是一個非常重要的問題。 為了達到上述目標，我們必須滿足以下三個層次的需求： 第一，具備各子系統(tǒng)和各學科領域有效的集成仿真工具，從而保證各子系統(tǒng)的設計水準和可靠性； 圖 2 各學科領域的不同設計工具 第二，能夠實現(xiàn)各仿真工具之間的無縫集成和數(shù)據(jù)交換，在統(tǒng)一架構下實現(xiàn)模型整合； 第三，為了能夠協(xié)調(diào)和管理各設計團隊，以及在設計過程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，還必須具有仿真數(shù)據(jù)和流程的管理平臺，實現(xiàn)各學科領域的真正協(xié)同仿真。 2．多學科協(xié)同仿真的一般實現(xiàn)方法 目前較為通用和流行的實現(xiàn)多學科集成仿真的方法主要包括以下三種： 合仿真式（ 聯(lián)合仿真式是目前較為通用，也是使用最多的一種數(shù)據(jù)交換方式，其數(shù)據(jù)交換原理如圖 3 所示，兩個不同仿真工具之間通過 P 等方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和調(diào)用。 圖 3 聯(lián)合仿真式的基本原理 當兩個不同仿真工具之間通過聯(lián)合仿真方式建立連接后，其中一者所包含的模型可以將自己計算的結果作為系統(tǒng)輸入指 令傳遞給另一者所建立的模型，這種指令包括力、力矩、驅動等典型信號，后者的模型在該指令的作用下所產(chǎn)生的響應量，如位移、速度、加速度等，又可以反饋給前者的模型，這樣，模型信息和仿真數(shù)據(jù)就可以在兩者之間雙向傳遞。 聯(lián)合仿真方式的典型應用有：多體動力學與控制系統(tǒng)（如車輛控制）、結構與氣動載荷（如飛行動力學分析），等等。這是一種最為容易建立和實現(xiàn)的集成仿真方式，具有很強的普適性，但局限在于難以處理剛性系統(tǒng)，對系統(tǒng)資源占用較多，某些情況可能速度較慢。 型轉換式（ 模型轉換 式的原理如圖 4 所示。其主要原理是將其中一個工具的模型轉化為特定格式的包含模型信息的數(shù)據(jù)文件，供另一個工具中的模型調(diào)用，從而實現(xiàn)信息交互。典型的數(shù)據(jù)格式如用于剛彈耦合分析的模態(tài)中性文件（ 在該文件中包含采用 [M]、 [K]、 [x]和振型矩陣表示的彈性體信息；用于控制機構一體化仿真以及其它仿真的動態(tài)鏈接庫文件（ 該文件中包含采用變量表示的函數(shù)信息。 圖 4 模型轉化式的基本原理 模型轉化式的典型應用有：控制、電液與機構一體化仿真（如飛機操縱面），有限元與多體機構（如剛彈耦合機械系統(tǒng)），等等。這種方式的特點在于求解速度快，對系統(tǒng)資源占用較少，穩(wěn)定性好，并且模型建立后便于重復使用，而局限則在于需要定義特定數(shù)據(jù)格式的文件，通用性稍差。 解器集成式（ 求解器集成 式的基本原理是實現(xiàn)兩個不同工具之間的求解器代碼集成，從而實現(xiàn)在其中一個仿真環(huán)境中對另一個仿真工具的求解器調(diào)用，如圖 5 所示。 圖 5 求解器集成式的基本原理 求解器集成式的典型應用有：帶有屈曲等材料非線性問題的大型結構模型，帶有流固耦合、沖擊等幾何非線性問題的大型結構問題，等等。這種方式的 優(yōu)勢在于可以方便有效的運用多種學科領域的求解技術，便于用戶直接使用現(xiàn)有模型，而局限在于模型中的某些因素如單元類型、函數(shù)形式等某些情況下需要重新定義，同時軟件的開發(fā)和升級周期較長。 3． 學科協(xié)同仿真解決方案 針對多學科協(xié)同仿真三個層次的需求， 供當前最為系統(tǒng)和完整的解決方案。 首先， 供集成的 模仿真環(huán)境 含一整套全面的 具用于仿真系統(tǒng)的各種性能，從而高效的建立各子系統(tǒng) 的模型，評價系統(tǒng)性能。 圖 6 集成 真環(huán)境 次， 成員之間均具有無縫集成能力，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和模型整合 ,建立完整的一體化虛擬樣機； 有悠久的開發(fā)歷史，其成員都是各自領域居于領先地位的仿真工具，通過了大 量工程項目的檢驗，知識和經(jīng)驗的不斷積累，具有極強的可靠性與穩(wěn)定性。目前 成員之間可以方便的通過不同方式實現(xiàn)模型數(shù)據(jù)交互、求解器整合和計算過程協(xié)同，同時 在積極的開展工作，將 成員移植和整合到統(tǒng)一的架構之下，以便用戶可以在統(tǒng)一的界面環(huán)境下完成所有分析工作。 圖 7 現(xiàn)完整功能虛擬樣機 再次， 強大的仿真流程與數(shù)據(jù)管理平臺，為企業(yè)提供協(xié)調(diào)和管理設計人員、仿真工具，模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一架構，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置和組合，提高產(chǎn)品開發(fā)效率。 成仿真方式 根據(jù)實現(xiàn)集成仿真的三種通用方法各自的優(yōu)勢和特點，結合各仿真工具自身的特點和用途， 員間通過不同的方式實現(xiàn)整合。 成方式 目前 者之間的集成越來越緊密，集成的方式也越來越豐富。 以通過聯(lián)合仿真式、模型轉換式和求解器集成式三種方式進行協(xié)同仿真。 * 聯(lián)合仿真式 －由 解器求解各自的模型； －在設定時