山东建筑大学机电工程学院教案-教案

山东建筑大学机电工程学院教案 第次课授课内容第一讲 计算机仿真技术概述及仿真软件基本操作目的要求了解计算机仿真技术的意义、特点以及发展概况，并熟悉本门课的地位，学习技巧和考核方法，熟悉和了解仿真软件的特点以及仿真基本操作。重点难点计算机仿真的含义、软件仿真基本操作课 型授课计划学时课前准备教案、课件板书设计（多媒体提纲）一、概述二、简介三、仿真技术理论基础四、仿真基本操作五、仿真环境设置课堂小结通过课堂学习，学生了解了计算机仿真技术的含义，特点以及发展前景；本课在课程体系中位置、学习和学时安排；以及仿真基本操作。 作业、思考.什么是计算机仿真技术？它有何发展前景？.计算机仿真技术在学习课程体系中的重要性是什么？.如何学习计算机仿真技术这门课？基本操作包括哪些内容？课后小结通过本次课的学习和课后思考，学生掌握了学习计算机仿真技术含义和学习的重要性，同时了解了辅助教学工具软件在计算机仿真中应用和特点以及仿真基本操作，为以后的学习和应用计算机仿真打下基础。山东建筑大学备课纸第一讲 概述本讲主要教学内容：一、概述二、简介三、仿真技术理论基础四、仿真基本操作五、仿真环境设置一、概述含义：计算机仿真技术是当前设计制造领域的一项新技术，它是利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，在计算机上对虚拟样机进行分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造立功依据。虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术糅合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品行的一种新技术。机械计算机仿真技术属于现代设计方法中的一种，现代设计方法包括很多种：概念设计、并行设计、有限元分析、计算机仿真以及虚拟设计与制造等计算机仿真技术与传统设计方法的比较：.传统设计方法及特点：首先概念设计和方案论证，然后进行产品设计制造物理样机试验分析改进设计制造样机试验。成本高、周期长、效率低和成本高等.计算机仿真技术设计分析特点从概念设计和方案论证就可在计算机上进行，产品设计后在计算机上做出虚拟样机试验分析、测试改进试验测试制造出成品。设计周期短、成本低，效率高等山东建筑大学备课纸未来设计发展的趋势是逐渐由现代设计方法取代传统的设计，以降低设计成本，减少劳动强度。计算机仿真技术形成、发展及实际工程应用随计算机技术的发展和力学、特别是系统动力发展分不开。工程中的系统对象是由大量的零部件构成的系统，对象系统的形态分析包括两类：结构和机构结构:正常的工况下构件间没有相对运动，如桥梁等。对于结构关心和考虑的问题是在受到载荷时的强度、刚性和稳定性。即静力学机构：系统对象运行过程中存在相对运动，如机器人等。对于机构关心可考虑的问题是系统中各部件的运动或在载荷作用下的运动和力学情况等，既运动学或动力学。计算机仿真技术分析的是多体系统，即由多个物体通过运动副连接的系统。对于多体系统，设计人员关心的是系统静力学、运动学和动力学。静力学分析系统受到静载荷时，确定在运动副制约下的系统平衡位置以及运动副静反力；运动学分析在不考虑系统运动起因的情况下研究各部件的位置与姿态及其它们变化速度与加速度的关系动力学分析考虑系统载荷与运动之间的关系计算机仿真工程应用：汽车、工程机械、航空航天、国防等本课程简介、学习教学内容、考核形式及要求课程特点:计算机仿真技术涉及的内容比较多：图形学、数据库、力学特别是系统动力学等，由于牵涉到前期课程的学习和延续，所以本课程不采用利用仿真各相关理论编程仿真的方法进行机械系统的仿真和分析，即不讲解仿真理论，而是主要以实践教学为主，以学习现有仿真软件为主，在此基础上学习机械系统的仿真和分析。教学方法是在介绍现有仿真分析软件的基础上，讲解机械系统的计算过机仿真山东建筑大学备课纸分析方法和过程。课程的地位：根据教育部机械基础课程指导委员会最新指导意见以现代设计理论和设计计算方法取代和充实一些传统的理论、内容，本课程就是相应教育部的号召，在学习传统设计的基础上，引进学习一些现代设计分析方法，包括有限元分析等教学分授课和上机实验两部分，各占学时。考核形式：以上机操作为主，同时考虑平时表现和出勤情况要求：按时上课、上机实验，及时完成上级实践所按排的教学内容；平时利用课余时间多上机练习，已熟练掌握软件的使用。 软件简介很多模块。其中主要的有三个模块：、；还有其它许多辅助模块、扩展模块等软件在机械系统设计与开发几个应用 仿真技术理论基础一、机械系统的组成二、参考机架三、坐标系四、机械系统的自由度五、位移、速度、加速度表示、仿真基本操作、安装、界面与组成. 启动、关闭.文件新建、保存与退出启动后显示窗口、启动、关闭、保存与退出、 仿真环境设置包括坐标设置、栅格设置、单位设置、坐标窗口显示、视图显示、视窗设置、图标设置等山东建筑大学机电工程学院教案 第次课授课内容第二讲 基于软件的仿真虚拟样机的模型建立目的要求了解软件零部件模型创建和操作方法；并掌握在创建模型时的修改内容和方法。重点难点软件建模和修改操作课 型授课计划学时课前准备教案、课件板书设计（多媒体提纲）一、利用软件建模工具直接建立样机模型二、利用其它软件建立模型后输入软件三、实例分析课堂小结通过课堂学习，学生了解了在利用软件进行零部件模型建立的方法及操作；并掌握了软件在建模时的修改方法。作业、思考可以进行哪些几何元素的建模操作？如何使用？.建立几何元素的作用是什么？.请你利用软件设计一个零件，并绘出其三维图形，然后修改其尺寸和位置？课后小结通过本次课的学习和课后思考练习，学生掌握了的建模和修改的基本操作方法，为以后的系统建模和仿真打下基础。山东建筑大学备课纸第二讲 基于软件仿真虚拟样机的模型建立本讲主要教学内容：一、利用软件建模工具直接建立样机模型二、利用其它软件建立模型后输入软件三、实例分析一 软件自身建模工具建立模型.几何元素的内容和组成.几何元素的创建方法.创建实例点、圆、样条线等，如图创建与修改圆、线、面等几何元素.特点没有质量，只是几何元素，可作为模型的辅助作用简单零件的模型建立复杂零部件的模型建立。确定零件类型，选择工具图标，确定与其它零件的关系，尺寸、位置参数等简单零件创建实例设计创建连杆、长方体、球体、圆柱体、圆环体、旋转体、拉伸体等零件，尺寸任意。例1. 绘制阶梯轴，图形尺寸如下：该实例主要介绍栅格工作面的基本操作及转换。山东建筑大学备课纸复杂零件的模型建立.线段连接先绘制简单曲线，选择线连接图标，左键依次点击连接线，右键完成。.布尔操作布尔加、减、交和拆分操作.模型修饰倒角、圆角、圆孔、凸圆、壳体的操作例平板的绘制请按图要求在中绘制下图零件。该实例主要讲解几何元素在复杂模型建立过程中所起的作用及拉伸体操作注意事项。例 回转体模型的建立，下列图形为回转体的截面轮廓图，尺寸如图所示，以视图左边为对称轴生成旋转体。该实例主要介绍回转体建模时操作技巧和注意事项。山东建筑大学备课纸模型几何体参数修改和物性设置修改样机系统模型的建立例 杠杆系统模型建立。该实例主要讲解空间立体模型操作、栅格截面的转换以及零部件的复制拷贝。、利用输入文件的形式建立模型主要介绍根据软件操作工具介绍具体操作方法、步骤以及注意事项。、实例操作分析利用软件直接建立简易起重机的模样机模型例 起重机模型样机的建立。该实例主要讲解复杂系统零部件的安装定位。利用与其它软件的接口建立装载机工作装置的样机模型例 装载机工作装置仿真样机模型的建立。通过该实例主要介绍工程中实际复杂机械系统仿真模型建立方法以及注意事项和特点。山东建筑大学机电工程学院教案 第次课授课内容第三讲 软件仿真约束和载荷的施加与修改目的要求了解并掌握仿真软件系统样机模型约束、载荷的类型、施加操作和修改方法。重点难点软件复杂载荷的施加和修改课 型授课计划学时课前准备教案、课件板书设计（多媒体提纲）一、约束的施加与修改二、载荷的施加与修改三、实例分析课堂小结通过课堂学习，学生了解了利用软件进行系统仿真中约束、载荷的类型，施加方法和操作与修改步骤。 作业、思考.约束、载荷各包含哪些类型，分别有何作用？.如何施加和修改转动副、移动副等简单约束？.如何施加齿轮副、凸轮副等复杂约束？.运动约束和基本约束有何作用？怎样施加和修改？.如何施加单向力力矩、组合力力矩、弹簧力、接触力等？课后小结通过本次课的学习和课后思考，学生掌握了利用软件施加、修改约束、载荷的方法，同时了解了约束、载荷的施加在系统仿真中的重要性和特点，为以后的学习和应用并进行机械系统的仿真打下基础。山东建筑大学备课纸第三讲 约束和载荷施加与修改本将主要内容：一、约束的施加与修改二、载荷的施加与修改三、实例分析、约束的概述和分类可以处理以下种类型的约束：) 常用运动副约束) 指定约束方向，即：限制某个运动方向) 接触约束，定义两构件在运动中发生接触时，是怎样相互约束的。) 约束运动。、约束工具 、常用运动副 简单约束的组成简单约束的施加转动副、移动副等，见软件所示，其施加和修改方法见操作。复杂约束的施加和修改复杂约束的组成包括齿轮副、凸轮副等，见软件所示，复杂约束的施加其施加和修改方法见、修改运动副 修改运动副的工具、操作方法、目的等、指定约束、 定义机构的运动 运动的类型和定义值 ()连接运动 ()点运动 运动修改、公式编辑器对话框以及实例讲解。正确地约束机构的若干技巧：、系统载荷的概述和分类提供四种载荷：作用力、柔性力特殊力和解触力施加载荷很重要，是正确进行系统仿真的基础施加载荷是要明确力作用的零件和作用点的位置、大小和方向载荷分为衡载（大小、方向不变），变载荷（大小或方向变化或同时改变）。载荷工具集、简单载荷的施加和修改单向力、单项力矩、组合力、组合力矩、柔性载荷的施加和修改工具集、弹簧力的施加、场力的施加、接触力的施加载荷的修改实例分析例一移动滑块水平运动，并以恒定速度向前移动，其上作用有一向下恒定不变的载荷，试建立样机模型。该实例主要介绍单向力施加方法及注意事项。例 单摆仿真模型建立。通过该实例主要介绍单向力方向设置特点。例 弹簧力的施加练习。下图为一弹簧减桭器，上下两长方体固定在弹簧两端，并能上下运动，下面的物体有一运动（）。建立样机分析模型。例 两个球相撞，黄球以一定速度向前运动，撞击篮球，试对两球施加约束、运动和载荷，完成设计要求。本题主要介绍接触载荷的施加。例 自由抛体模型建立。通过该实例主要介绍零件初始条件的施加。山东建筑大学机电工程学院教案 第次课授课内容第四讲 系统测量与仿真和仿真后处理目的要求了解和掌握仿真软件进行机械系统仿真的操作，以及仿真时对参数进行测量和后处理分析的方法。重点难点参数的测量课 型授课计划学时课前准备教案、课件板书设计（多媒体提纲）一、系统参数的测量二、仿真操作和设置三、仿真后处理课堂小结通过课堂学习，学生了解了利用仿真软件进行系统运动、动力学仿真的特点、操作；以及系统参数测量与后处理的意义，方法和步骤。 作业、思考.如何利用仿真软件对系统进行动力、运动仿真？.测量有何意义？.如何测量系统中两点间的距离？.如何根据测量结果分析系统的运动？.请练习测量系统中某零件的速度、加速度、位移.后处理如何绘制曲线？课后小结通过本次课的学习和课后思考练习，学生掌握了仿真软件对机械系统进行运动、动力学仿真的方法，并了解了系统仿真时参数的测量和仿真后处理分析方法，为以后利用计算机进行现代设计分析学习和应用计算机仿真打下基础。山东建筑大学备课纸第四讲 系统测量与仿真和仿真后处理本讲主要教学内容：一、系统参数的测量二、仿真操作和设置三、仿真后处理、系统参数的测量测量输出两大类 及分项说明、两点运动测量 、测量运动副连接力对话框、定义和使用测量时应注意以下几点、检验样机模型等。 、仿真操作与设置及仿真再现种类型的仿真分析、仿真工具、仿真分析参数设置、仿真再现工具及操作。、 仿真后处理、 系统仿真后处理的进入、组成、仿真模型的调入和仿真分析、仿真后处理曲线绘制和分析、 系统仿真后处理的基本操作后处理作用、的进入、后处理程序窗口等、仿真模型的调入和仿真重现常用后处理命令、页的操作 、视窗的操作 、对象结构关系及其转性编辑 、重现仿真过程 。、仿真后处理曲线绘制和分析绘制曲线面板、绘制仿真数据曲线的步骤（默认坐标轴时间） 、数据曲线自变量坐标轴的选择 、修改坐标轴的特性 、设置曲线特性。山东建筑大学备课纸例已知：80mm, 160mm, 109.22mm, 弹簧的自由长度150mm。忽略臂杆和连杆质量的影响，其它构件的质量和惯性矩参见下表。弹簧刚度，阻尼系数30kg。试按要求建立仿真模型，并仿真练习操作，测量球和的速度例 凸轮滑块机构的测量和仿真及后处理 构件为偏心凸轮，、，阴影部分为圆柱体，半径为，长度为，为滑块，圆柱体（半径，长度），凸轮材料为铝；滑快质量为。其他尺寸见图所示。试完成建模 ，并进行仿真和测量凸轮的驱动力，进入后处理分析滑块的运动。 山东建筑大学机电工程学院教案 第次课授课内容第五讲 软件在工程机械系统仿真中的应用目的要求通过综合分析实例使学