《CAD CAM技术》-CAD CAM技术第五章

5.1计算机辅助工程概述5.1.1计算机辅助工程内容一、计算机辅助工程分析的概念CAE是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。二、计算机辅助分析的基本原理CAE系统的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以用通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。下一页返回5.1计算机辅助工程概述CAE包括的主要技术有:仿真技术、实验模态分析技术、有限元分析技术、边界元分析技术、优化设计方法、可靠性设计等。本章主要介绍有限元法和优化设计方法。5.1.2计算机辅助工程分析发展现状一、国外技术现状在国外，计算机辅助工程的特点是以工程和科学问题为背景，建立计算模型并进行计算机仿真分析。一方面，CAE技术的应用，使许多过去受条件限制无法分析的复杂问题，通过计算机数值模拟得到满意的解答;另一方面，计算机辅助分析使大量繁杂的工程分析问题简单化，使复杂的过程层次化，节省了大量的时间，避免了低水平重复的工作，使工程分析更快、更准确。上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述在影响计算机辅助工程技术发展的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三个最主要的因素。现代计算机技术的飞速发展，已经为CAE技术奠定了良好的硬件基础。国外的CAE技术真正得到高速发展和普遍应用则是近年来的事。这一方面主要得益于计算机在高速化和小型化方面取得的成就，另一方面则有赖于通用分析软件的推出和完善。衡量CAE技术水平的重要标志之一是分析软件的开发和应用。目前，一些发达国家在这方面已达到了较高的水平，仅以有限元分析软件为例，国际上不少先进的大型通用有限元计算分析软件的开发已达到较成熟的阶段并已商品化，如ABAQUS、ANSYS、NASTRAN等。就CAE技术的工业化应用而言，西方发达国家目前已经达到了实用化上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述阶段。二、国内技术现状目前，ABAQUS,ANSYS,NASTRAN等大型通用有限元分析软件已经引进我国，在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了应用，而且在某些领域的应用水平并不低。在我国，计算机分析软件开发是一个薄弱环节，严重地制约了CAE技术的发展。在CAE分析软件开发方面，我国目前至少落后于美国等发达国家10年。计算机软件是高技术和高附加值的商品，目前的国际市场为美国等发达国家所垄断。我国的工业界在CAE技术的应用方面与发达国家相比水平还比较低。三、CAE技术的发展趋势上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述先进、智能、集成是CAE的目标。学科发展的交叉性，各门实用科学的突飞猛进，使CAE走出原有的数值分析局限，给工程研发带来一定广度和深度的影响。CAE软件是一个多学科交叉的、综合性的知识密集型产品，它由数百到数千个算法模块组成，其数据库存放着众多的设计方案、标准构件、行业性的标准、规范，以及判定设计和计算结果正确与否的知识性规则。智能化的用户界面支持用户有效地使用CAE软件的专家系统，对设计和计算结果的正确与否作出判断。另外，将CAD,CAM和CAE有机地集成在一起，能实现最佳效率。上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述5.1.3计算机辅助工程分析软件针对特定类型的工程/产品所开发的用于产品性能分析、预测和优化计算的软件，称为专用CAE软件。可以对多种类型的工程/产品的工程行为进行计算分析，模拟仿真，性能预测、评价与优化的软件，称为通用CAE软件。通用CAE软件主要由有限元软件、优化设计软件、计算流体软件、电磁场计算软件、最优控制软件和其他专业性的计算软件组成。现行CAE软件的结构基本相同，主要包含算法模块、软件模块两大部分，又可简单分类如下。①前处理模块。②有限元分析模块。上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述③后处理模块。④用户界面模块。⑤数据管理系统与数据库。⑥共享的基础算法模块。目前CAE软件的主要功能有:①静力和拟静力的线性与非线性分析②线性与非线性动力学分析③稳态与瞬态热分析④电磁场和电流分析⑤流体计算⑥声场与波的传播计算上一页下一页返回5.1计算机辅助工程概述CAE软件对工程和产品的分析、模拟能力，主要取决于单元库和材料库的丰富和完善程度。单元库所包含的单元类型越多，材料库所包括的材料特性种类越全，其CAE软件对工程或产品的分析、仿真能力就越强。CAE软件的计算效率和计算结果的精度，主要取决于解法库，如果解法库包含了多种不同类型的高性能求解算法，它就会对不同类型、不同规模的困难问题，以较快的速度和较高的精度给出计算结果。上一页返回5.2有限元法原理和分析方法5.2.1有限元分析基本概述把一个连续体分割成有限个单元，即把一个复杂的结构看成由有限个通过节点相连的单元组成的整体，先进行单元分析，再把这些单元组合起来代表原来的结构，以得到复杂问题的近似数值解，这种方法称为有限元法(TheFiniteElementMethod)。有限元方法(FiniteElementMethod)是力学与近代计算机技术相结合的产物，是一种借助计算机进行工程分析的离散化数值方法。有限元发展的过程如图5-1所示。有限元法可以处理任何复杂形状、不同物理特性、多变的边界条件和任何承载情况的工程问题，广泛应用于场强(力场、电场、磁场、温度场、流体场等)分析、热传导、非线性材料的弹塑性蠕变分析等下一页返回5.2有限元法原理和分析方法研究领域中。5.2.2有限元分析基本原理一、有限元法的基本思想如图5-3所示，有限元方法求解力学问题的基本思想。二、有限元法分类1.线弹性有限元法线弹性有限元法以理想弹性体为研究对象，所考虑的变形建立在小变形假设的基础上。线弹性有限元分析一般包括线弹性静力分析与线弹性动力分析两个主要内容。上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法2.非线性有限元法非线性有限元问题与线弹性有限元问题有很大不同，主要表现在如下三个方面:①非线性问题的方程是非线性的，因此一般需要通过迭代求解;②非线性问题不能采用叠加原理;③非线性问题不总有一致解，有时甚至没有解。有限元法所求解的非线性问题可以分为如下三类。(1)材料非线性问题(2)几何非线性问题(3)非线性边界(接触问题)上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法三、有限元法单元的划分与选择①杆、梁单元，这是最简单的一维单元，单元内任意点的变形和应力由沿轴线的坐标确定。②板单元，这类单元内任意点的变形和应力由x,y两个坐标确定，这是应用最广泛的基本单元，有三角形单元和矩形板单元。③薄壳单元，这是由曲面组成的壳单元。④多面体单元(实体单元)，它可分为四面体单元和六面体单元。单元以及所适用结构的关联图见表5-1。1.梁单元梁单元大抵可分为两类:杆单元(不传递转动力矩的仅有轴向刚度的单元)和梁单元(传递转动力矩的且有弯曲刚度的单元)。一般把不传递上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法转动的构件称为杆，如图5-4所示，传递转动的构件称为框架，如图5-5所示，梁单元是这些模型化的一维单元的总称。框架结构是梁、柱、筋相交组合成的结构，一般用梁单元这样一维线性单元来作模型化处理。(1)杆单元形状2.板单元板单元是对板材组合而成的结构进行模型化的单元。构件的薄与厚是由它的面积和厚度的相对关系来决定的。板单元的单元结构和坐标如图5-9所示。3.壳单元壳结构是一种圆筒、球、椭圆等的曲面板状结构，它不仅仅传递弯曲上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法力，也传递面内力(膜力)的结构。4.实体单元一般实体单元所适合的结构，是具有三维形状变化的物体，不太适合棒状、平板状的物体。分析汽缸体、高压泵的活塞、阀等时，一般采用实体单元进行分析。四、有限元节点(node)单元与单元之间的连接点，称为节点。在有限元法中，节点就是空间中的坐标位置，它具有物理特性，且存在相互物理作用。五、有限元模型有限元模型是真实系统理想化的数学抽象。上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法5.2.3有限元分析方法有限元分析方法按照所选用的基本未知量和分析方法的不同，可分为两种基本方法(以应力分析计算为例):①以节点位移为基本未知量，在选择适当的位移函数的基础上，进行单元的力学特征分析，在节点处建立平衡方程(即单元的刚度方程)，合并组成整体刚度方程，求解出节点位移，可再由节点位移求解应力，这种方法称为位移法。②以节点力为基本未知量，在节点上建立位移连续方程，解出节点力后，再计算节点位移和应力，这种方法称为力法。一般来说，用力法求得的应力较位移法求得的精度高，但位移法比较简单，计算规律性强，且便于编写计算机通用程序。因此，在用有限元法进行结构分析上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法时，大多采用位移法。5.2.4有限元分析过程有限元法是将连续的变形固体离散成有限个单元组成的结构，单元与单元之间仅在节点处以铰链连接(节点不传递力矩)。利用变分原理或其他方法，建立联系节点位移和节点载荷的代数方程组，求解这些方程组，得到未知节点位移，再求得各单元内的其他物理量。一般来说，有限元解题过程可分为如下六个步骤。1.连续体的离散化2.位移模式的选择3.建立单元刚度矩阵上一页下一页返回5.2有限元法原理和分析方法4.计算等效节点力5.组装单元刚度矩阵形成整体刚度矩阵6.求解未知节点位移、计算节点力上一页返回5.3有限元分析系统的组成5.3.1有限元分析系统组成有限元法的通用性使得它可以把固体力学、流体力学、动力学与控制等不同分支中课题的求解统一在一个框架中。基于数理模型，有限元分析系统一般由以下三部分组成:(1)有限元前处理(2)有限元分析(3)有限元后处理5.3.2有限元分析数据前处理由计算机实现的自动有限元数据前处理，包括以下基本内容。1.网格自动划分2.生成有限元属性数据下一页返回5.3有限元分析系统的组成3.数据自动检查5.3.3有限元分析数据后处理有限元分析数据后处理包括1.对结果数据的加工处理2.结果数据的编辑输出3.有限元数据的图形表示5.3.4常用有限元软件简介一、通用有限元软件的共同之处①功能强大，一般都可以进行多种物理场分析，如结构分析、温度场分析、电磁场分析、流场分析、多场藕合分析等。上一页下一页返回5.3有限元分析系统的组成②具有丰富的材料库，可以处理多种材料，如金属、土壤、岩石、塑料、橡胶、木材、陶瓷、混凝土、复合材料等。③具有多种自动网格划分技术，自动进行单元形态、求解精度检查及修正。④具有强大的后处理及图像处理功能。⑤具有与多种CAD系统直接连接的接口。⑥具有良好的用户开发环境。⑦具有良好的维护和培训能力(GUI)。二、几个著名的通用有限元软件简介1.ANSYS上一页下一页返回5.3有限元分析系统的组成ANSYS软件是美国ANSYS公司的产品，该公司成立于1970年，公司总部位于美国宾夕法尼亚的匹兹堡。ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和藕合场分析于一体的大型通用有限元软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该软件主要包括前、后处理模块和分析计算模块三部分。(1)前处理(2)结构分析(3)热分析(4)高度非线性结构动力分析上一页下一页返回5.3有限元分析系统的组成(5)流体动力学分析(6)电磁场分析(7)声学分析(8)压电分析(9)后处理功能2.MSC.Marc3.ADINA4.MSC.NASTRAN(1)静力分析。(2)屈曲分析。(3)动力学分析。上一页下一页返回5.3有限元分析系统的组成(4)非线性分析。(5)热传导分析。(6)空气动力弹性及颤振分析。(7)流一固藕合分析。(8)多级超单元分析。(9)高级对称分析。(10)设计灵敏度及优化分析。(11)层次复合材料分析。(12)平台支持。(13)MSC/NASTRAN相应产品与CAD/CAM软件的接口。5.ALGOR上一页返回5.4优化设计技术5.4.1优化设计概述在工业生产中，优化设计(OptimalDesign)是随CAD技术的应用而迅速发展起来的一门现代设计学科，是企业在进行新产品设计时，追求具有良好性能、满足生产工艺性要求、使用可靠安全、经济性能好等指标的有效方法。优化设计提供了一种逻辑方法，在所有可行的设计方案中进行最优的选择，在规定条件下得到最佳设计效果。其原则是寻求最优设计;其手段是计算机和应用软件;其理论是数学规划法。5.4.2优化设计建模建立正确的优化设计问题的数学模型是开展优化设计最为关键的第一步。所谓建立数学模型，就是根据设计要求在众多的设计参数中选取适当的设计变量，确定并构造目标函数，并将所有的设计限制条件下一页返回5.4优化设计技术(约束条件)以设计变量的形式给出。故优化设计数学模型由三个基本要素组成:设计变量、目标函数和约束条件。1.设计变量在产品设计中，可以用一组对设计性能指标有影响的基本参数来表示某个设计方案。可以用一组不同数值的参数来区别不同的设计方案。这些参数可以是几何量(如构件尺寸等)，也可以是物理量(如质量、惯性矩、力或力矩等)，还可以是应力、变形、固有频率、效率等代表工作性能的导出量。2.目标函数目标函数也称为评价函数，它是评价设计方案优劣的标准。一项设计的好坏，总可以用一些设计指标来衡量，例如质量最轻、体积最小等上一页下一页返回5.4优化设计技术结构指标，效率最高、可靠性最好等性能指标以及成本最低、生产率最高等经济指标，等等。优化设计的目的，就是在多种因素下寻求一组最满意、最适宜的设计参数。目标函数是指根据特定目标建立起来的、以计变量为自变量的一个可计算的数学函数。它是设计方案评价的标准。目标函数与设计变量之间的关系可以用几何图形形象地表示出来。目标函数作为评价方案的一个标准，有时不一定有明显的物理意义和量纲，它只是设计指标的一个代表值。正确地建立目标函数是优化设计中很重要的一步工作它既要反映用户的要求，又要敏感地、直接地反映设计变量的变化，对优化设计的质量及计算的难易都有一定影响。表5-2列出了常用的优化设计问题中可供选择的优化目标。上一页下一页返回5.4优化设计技术3.约束条件在优化设计过程中，设计变量的取值通常不是任意的，总要受到某些实际条件的限制，这些限制条件称为约束条件或约束函数。约束条件一般分为边界约束和性能约束。边界约束又称为区域约束，是对设计变量的取值范围加以限制的约束，如齿轮的齿宽系数在某一范围取值，标准齿轮的齿数大于等于17。性能约束也称状态约束，反映设计对象性能或状态的要求。如对零件的工作应力、变形、振动频率、输出扭矩波动最大值等的限制，或对运动学参数如位移、速度、加速度值等的限制。有约束条件的优化问题称为约束优化问题，否则为无约束优化问题。上一页下一页返回5.4优化设计技术5.4.3优化设计的数学模型一、优化设计的数学模型建立数学模型是进行优化设计的首要任务。首先对实际问题的特征或本质加以抽象，并将其表现为数学形态，即为数学模型。数学模型的规范化描述形式为二、建立优化设计模型的注意事项①在建立数学模型时，其等式约束个数:必须小于设计变量的维数n。②式(5-8)是优化设计模型的标准格式，称为有约束优化设计模型。上一页下一页返回5.4优化设计技术③按约束函数和目标函数是否同时为线性函数，分成线性规划问题和非线性规划问题。三、建立数学模型的一般过程数学模型的正确性与合理性直接影响设计的质量。建立数学模型甚至比求解更为复杂。①分析设计问题，初步建立数学模型。建立数学模型有三种方法:a.抽象理论数学模型。b.拟合近似数学模型。c.提炼数值仿真模型。②确定设计变量。上一页下一页返回5.4优化设计技术③根据工程实际，提出约束条件。④对照实际设计，修正数学模型，建立合理的数学模型。⑤选择正确的计算方法，确定计算误差。⑥进行结果分析，审查模型灵敏度。5.4.4优化设计求解方法求解优化问题可以用解析法或近似的数值法。解析法是把所研究的对象用数学方程(数学模型)描述出来，然后再用数学解析方法(如微分、变分方法等)求出优化解。数值迭代法不仅可用于求复杂函数的优化解，也可以处理没有数学解析表达式的优化设计问题。不管是解析法，还是数值法，都分别具有针对于无约束条件和有上一页下一页返回5.4优化设计技术约束条件的具体方法。5.4.5常用优化方法根据讨论问题的不同方面，有不同的分类方法。如根据是否存在约束条件，可分为有约束优化和无约束优化;根据目标函数和约束条件的性质，可分为线性规划和非线性规划;根据优化目标的多寡，可分为单目标优化和多目标优化等。根据求优方法手段的不同，可分为直接法、间接法等。图5-21所示为常用优化设计方法。详细优化设计方法的介绍请参考其他书籍，这里只做简单介绍。1.无约束优化方法(1)一维搜索法一维搜索法是优化方法中最基本、最常用的方法。所谓搜索，就是一上一页下一页返回5.4优化设计技术步一步地查寻，直至函数的近似极值点处。一维函数黄金分割法(0.618法)黄金分割法是通过不断缩短搜索区间长度来确定极小点的方法。黄金分割法的效率不是最高的，但它具有较好的稳定性以及容易理解和便于使用等优点，故应用非常广泛。二次插值法(近似抛物线法)2.直接法(1)坐标轮换法(2)鲍威尔法(Powell法)3.间接法(1)梯度法上一页下一页返回5.4优化设计技术(2)牛顿法(3)变尺度法(DRP)2.约束优化方法(1)复合形法(2)惩罚函数法(罚函数法)外点罚函数法内点罚函数法混合点罚函数法要选择适用而有效的优化方法，应考虑以下因素:①优化设计问题的规模，即设计变量数目和约束条件数目的多少。②目标函数和约束函数的非线性程度、函数的连续性、等式约束和上一页下一页返回5.4优化设计技术不等式约束以及函数值计算的复杂程度。③优化方法的收敛速度、计算效率，稳定性、可靠性，以及解的精确性。④是否有现成程序，程序使用的环境要求、通用性、简便性、执行效率、可靠程度等。5.4.6CAE分析中的优化技术一、CAE分析中的优化技术在保证产品达到某些性能目标并满足一定约束条件的前提下，通过改变某些允许改变的设计变量，使产品的指标或性能达到最期望的目标，这就是优化方法。优化作为一种数学方法，通常是利用对解析函数求极值的方法来达到上一页下一页返回5.4优化设计技术寻求最优值的目的。一个典型的CAE优化设计过程通常需要经过以下步骤来完成:(1)设置分析环境(2)参数化建模(3)准备分析模型(4)执行分析(5)分析与查看结果二、CAE分析中的优化技术特点1.应用领域广泛2.统一数据库上一页下一页返回5.4优化设计技术3.参数流程控制优化过程4.智能网格划分5.非线性智能控制上一页返回5.5计算机仿真技术5.5.1计算机仿真技术概述一、仿真的概念仿真是这样定义的:采用模拟真实系统的模型，通过对模型的分析和试验去研究真实系统的工作行为。二、仿真的类型1.物理仿真即在物理模型基础上进行的仿真。物理模型与实际系统之间具有相似的物理属性，所以，物理仿真能观测到难以用数学来描述的系统特性，但要花费较大的代价。2.数学仿真(又称计算机仿真)即建立系统(或过程)可以计算的数学模型(仿真模型)，并据此编制成下一页返回5.5计算机仿真技术仿真程序放入计算机进行仿真试验，掌握实际系统(或过程)在各种内外因素变化下性能的变化规律。3.物理数学仿真物理数学仿真是按照真实系统建立数学物理的混合模型进行试验研究的过程。根据仿真系统使用设备的不同，仿真又可分为模拟仿真、数字仿真、混合仿真和全数字并行仿真四种类型。三、计算机仿真的意义计算机仿真的广泛应用具有十分重要的意义，主要体现在以下几个方面:①替代许多难以或无法实施的实验。上一页下一页返回5.5计算机仿真技术②解决一般方法难以求解的大型系统问题。③降低投资风险，节省研究开发费用。④避免实际实验对生命、财产的危害。⑤缩短实验时间，不受时空限制。四、计算机仿真的特点①以计算机为实验环境，依赖实际系统的抽象仿真模型。②计算机仿真结果是实验解，而不是纯粹的数学解析或数值分析解。③既能展示实际系统的模拟静态，又能直观表现系统的动态特性。5.5.2计算机仿真的过程计算机仿真的主要过程:1.建立数学模型上一页下一页返回5.5计算机仿真技术2.建立仿真模型3.编制仿真程序4.进行仿真实验5.结果统计分析6.仿真工作总结5.5.3计算机仿真在CAD/CAM系统中的应用仿真在CAD/CAM系统中的应用，大致有如下几个方面:①产品形态仿真真实产品的结构形状、外观、色彩等形象化属性，如图5-22所示。②零部件装配关系仿真以及工作环境空间的配置仿真可通过仿真检验上一页下一页返回5.5计算机仿真技术产品装配结构是否合理、是否发生干涉;人工操作是否方便，是否符合人机学原理;工作环境管道安装、电力、供暖、供气、冷却系统与机械设备布局是否合理等。如图5-23所示，冲模具产品装配和工作仿真图。③运动学仿真模拟机构的运动过程，包括自由度约束状况、运动轨迹、速度和加速度变化等。④动力学仿真求解系统的动力学微分方程或传递函数，计算系统的动力学响应。⑤工作物理场仿真求解与产品工作性能有关的物理量分布，如应力场、温度场、压力场电磁场等。⑥加工过程仿真，例如数控加工自动编程后的刀具运动轨迹的模拟，上一页下一页返回5.5计算机仿真技术刀具与夹具、机床的碰撞干涉检查，切削过程中刀具磨损、切屑形成，工件被加工表面的产生等。⑦零件工艺过程的几何仿真，根据工艺路线的安排，模拟零件从毛坯到成品的金属去除过程，检验工艺路线的合理性、可行性、正确性。⑧生产过程仿真，例如FMS仿真，模拟工件在系统中的流动过程，展示从上料、装夹、加工、换位、再加工，直到最后下料、成品放入立体仓库的全部过程。5.5.4虚拟样机技术一、虚拟样机技术的定义国内外学者对虚拟样机技术的定义大同小异，下面是几种有代表性的论述。上一页下一页返回5.5计算机仿真技术①虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持的协同工作(CSCW)技术、用户界面设计、基于知识的推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式环境以支持产品设计过程中的并行工程方法。②虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发(IntegratedProductandProcessDevelop-ment,IPPD)是分不开的。③虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前，设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。④虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际产品的特性，包括上一页下一页返回5.5计算机仿真技术外观、空间关系以及运动学和动力学特性。⑤虚拟样机技术利用虚拟环境在可视化方面的优势以及可交互式探索虚拟物体功能，对产品进行几何、功能、制造等许多方面交互的建模与分析。虚拟样机技术是一门综合多学科的技术，它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。虚拟样机技术设计流程如图5-24所示。虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能及其相关问题的角度出发，解决传统的设计与制造过程中存在的弊端的新技术。虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟环境中真实地模拟产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，进行对物理样机而言上一页下一页返回5.5计算机仿真技术难以进行或根本无法进行的试验，直到获得系统的优化设计方案。二、虚拟样机技术的形成和发展虚拟样机技术源于对多体系统动力学的研究。虚拟样机技术是解决复杂系统运动学、动力学的有效手段。它的核心是机械系统运动学、动力学和控制理论，辅助技术手段是三维计算机图形技术和基于图形的用户界面技术。综上所述，虚拟样机技术是许多技术的综合。它的核心部分是多体系统运动学与动力学建模理论及其技术实现。作为应用数学的一个分支的数值算法，它及时地提供了求解这种问题的有效的快速算法。计算机可视化技术及动画技术的发展为这项技术提供了友好的用户界面。CAD/FEA技术的发展为虚拟样机技术的应用提供了技术环境。上一页下一页返回5.5计算机仿真技术三、虚拟样机技术的相关技术一个优秀的虚拟样机分析软件除了可以进行机械系统运动学和动力学分析外，还应该包含以下技术:①几何形体的计算机辅助设计(CAD)软件和技术。②有限元分析(FEA)软件和技术。③模拟各种作用力的软件编程技术。④利用试验装置的试验结果进行某些构件的建模。⑤控制系统设计与分析软件和技术。⑥优化分析软件和技