SOLIDWORKS Motion 數(shù)字化功能樣機(jī)及機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析

在虛擬樣機(jī)的基礎(chǔ)上，人們又提出了數(shù)字化功能樣機(jī)（Functional Digital Prototyping）的概念，這是在CAD/CAM/CAE技術(shù)和一般虛擬樣機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。其理論基礎(chǔ)為計(jì)算多體系動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)有限元理論、其他物理系統(tǒng)的建模與仿真理論，以及多領(lǐng)域物理系統(tǒng)的混合建模與仿真理論。該技術(shù)側(cè)重于在系統(tǒng)層次上的性能分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過虛擬試驗(yàn)技術(shù)，預(yù)測產(chǎn)品性能。基于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和有限元理論，解決產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、變形、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度和壽命等問題。而基于多領(lǐng)域的物理系統(tǒng)理論，解決較復(fù)雜產(chǎn)品的機(jī)-電-液-控等系統(tǒng)的能量流和信息流的耦合問題。

數(shù)字化功能樣機(jī)的內(nèi)容如圖所示，它包括計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力特性分析，有限元疲勞理論的應(yīng)力疲勞分析，有限元非線性理論的非線性變形分析，有限元模態(tài)理論的振動(dòng)和噪聲分析，有限元熱傳導(dǎo)理論的熱傳導(dǎo)分析，基于有限元大變形理論的碰撞和沖擊的仿真，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析，液壓/氣動(dòng)的控制仿真，以及多領(lǐng)域混合模型系統(tǒng)的仿真等。

多個(gè)物體通過運(yùn)動(dòng)副的連接便組成了機(jī)械系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部有彈簧、阻尼器、制動(dòng)器等力學(xué)元件的作用，系統(tǒng)外部受到外力和外力矩的作用，以及驅(qū)動(dòng)和約束。物體分柔性和剛性之分，而實(shí)際上的工程研究對象多為混合系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析和仿真主要是為了解決系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)問題。其過程主要包括：

■物理建模：用標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)副、驅(qū)動(dòng)/約束、力元和外力等要素抽象出同實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)具有一致性的物理模型；

■數(shù)學(xué)建模：通過調(diào)用專用的求解器生成數(shù)學(xué)模型；

■問題求解：迭代求出計(jì)算解。

實(shí)際上，在軟件操作過程中數(shù)學(xué)建模和問題求解過程都是軟件自動(dòng)完成的，內(nèi)部過程并不可見，最后系統(tǒng)會給出曲線顯示、曲線運(yùn)算和動(dòng)畫顯示過程。

美國 MDI（Mechanical Dynamics Inc.）最早開發(fā)了ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）軟件，應(yīng)用于虛擬仿真領(lǐng)域，后被美國的MSC公司收購為MSC.ADAMS。SOLIDWORKS Motion正是基于ADAMS解決方案引擎創(chuàng)建的。通過SOLIDWORKS Motion可以在CAD系統(tǒng)構(gòu)建的原型機(jī)上查看其工作情況，從而檢測設(shè)計(jì)的結(jié)果，例如電動(dòng)機(jī)尺寸、連接方式、壓力過載、凸輪輪廓、齒輪傳動(dòng)率、運(yùn)動(dòng)零件干涉等設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)的問題。進(jìn) 而修改設(shè)計(jì)，得到了進(jìn)一步優(yōu)化了的結(jié)果。同時(shí)，SOLIDWORKS Motion用戶界面是SOLIDWORKS界面的無縫擴(kuò)展，它使用SOLIDWORKS數(shù)據(jù)存儲庫，不需要SOLIDWORKS數(shù)據(jù)的復(fù)制/導(dǎo)出，給用戶帶來了方便性和安全性。