產(chǎn)品一體化技術(shù)至今已經(jīng)發(fā)展多年吻唐，從以C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)為代表的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具在產(chǎn)業(yè)界的廣泛普及踱稍，到20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，M3P(MultibodySystem,Mul-tidisci-plinarycollaborative添寺，Multidomainphysicalmodeling,Productlifecyclemanagement)的逐漸成熟，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)更多的夸大了基于多體系統(tǒng)復(fù)雜機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)懈费、基于多學(xué)科協(xié)同集成框架的優(yōu)化設(shè)計(jì)计露、基于本構(gòu)融合的多領(lǐng)域同一建模技術(shù)以及可重用機(jī)、電楞捂、液薄坏、控?cái)?shù)字化功能樣機(jī)分析的研究與開(kāi)發(fā)，并逐步形成相關(guān)技術(shù)和軟件平臺(tái)工具;在設(shè)計(jì)治理方面寨闹，產(chǎn)品數(shù)據(jù)治理(PDM)向產(chǎn)品全壽命周期拓展燕瞭，已形成產(chǎn)品全壽命周期治理(PLM)技術(shù)。

　　計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的突飛猛進(jìn)欣骏，機(jī)械產(chǎn)品的性能一體化設(shè)計(jì)黎困、分析仿真技術(shù)取得了明顯成果;近些年來(lái)，對(duì)數(shù)字樣機(jī)技術(shù)的研究和應(yīng)用耽晦，產(chǎn)品性能一體化開(kāi)發(fā)過(guò)程中的很多關(guān)鍵技術(shù)取得突破性進(jìn)展斧呆。可靠性工程的發(fā)展洲棍，如何將可靠性納人機(jī)械產(chǎn)品性能一體化設(shè)計(jì)和分析仿真過(guò)程中质圾，工程上有著強(qiáng)烈的需求;同時(shí)，在一體化過(guò)程中如何考慮以可靠性為目標(biāo)的多學(xué)科協(xié)同設(shè)計(jì)分析和優(yōu)化也成為進(jìn)步復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵助碰。

　　機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析與性能設(shè)計(jì)分析是緊密聯(lián)系棋蒂、不可分割的。以往傳統(tǒng)的基于統(tǒng)計(jì)概率的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)分析需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品參數(shù)的采集和分析婚乌，還必須結(jié)合經(jīng)驗(yàn)性分析來(lái)開(kāi)展拗疯，性能和可靠性存在脫節(jié)的題目擒蝎。而且設(shè)計(jì)分析的層面往往局限在單個(gè)部件、單學(xué)科領(lǐng)域消玄，同產(chǎn)品整體性能綜合權(quán)衡考慮結(jié)合不緊密跟伏。隨著相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展，如數(shù)字樣機(jī)技術(shù)翩瓜、協(xié)同訪真技術(shù)受扳、多學(xué)科優(yōu)化技術(shù)等，使機(jī)械產(chǎn)品的性能與可靠性一體化協(xié)同設(shè)計(jì)奥溺、分析仿真和以可靠性為目標(biāo)的多學(xué)科優(yōu)化成為可能辞色。

　　1虛擬樣機(jī)技術(shù)

　　虛擬樣機(jī)技術(shù)(VirtualPrototype)是一種基于仿真模型的數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法。應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真和集成技術(shù)等浮定，將分散的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和仿真過(guò)程集成在一起相满，在虛擬環(huán)境中對(duì)產(chǎn)品原型進(jìn)行直觀形象地設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能測(cè)試桦卒、制造仿真和使用仿真立美，其核心技術(shù)是性能仿真(即CAE)。對(duì)于復(fù)雜的工程對(duì)象方灾，僅靠一兩種軟件是不能勝任的建蹄，需要構(gòu)建由多種軟件組合而成的復(fù)合型仿真環(huán)境，以便對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行多目標(biāo)播托、多層面的性能仿真饿严。虛擬樣機(jī)終極目標(biāo)是利用仿真工具的數(shù)據(jù)接口及二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，依據(jù)幾何特征創(chuàng)建數(shù)值仿真模型丙藤，實(shí)現(xiàn)分析數(shù)據(jù)的共享及動(dòng)態(tài)交換缓墅，盡可能做到一次建模多次調(diào)用。本文通過(guò)在虛擬樣機(jī)中引人PDM技術(shù)窘螃，保證系統(tǒng)內(nèi)各功能模塊間的數(shù)據(jù)能夠高效率地相互活動(dòng)挑单。

　　2產(chǎn)品數(shù)據(jù)治理

　　產(chǎn)品數(shù)據(jù)治理(ProductDataManagement,PDM)范圍很廣，凡是終極可以轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)描述和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)册向，它都可以一概管之唾莲。PDM可以廣泛地應(yīng)用于各產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中。但每個(gè)領(lǐng)域都有其自身的特點(diǎn)和需求瘸卦，應(yīng)用的層次要求和水平都不相同瘩此。

　　在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的信息集成過(guò)程中，PDM系統(tǒng)可以被看做是起到一個(gè)集成框架的作用柳锣，各種應(yīng)用程序(諸如計(jì)算機(jī)輔助工具(CAD/CAM/CAE)愧理、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(EDA)、辦公自動(dòng)化(OA)沪曙、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)奕污、物料需求計(jì)劃(MRP)等)將通過(guò)各種各樣的方式，如應(yīng)用接口液走、開(kāi)發(fā)(封裝)等碳默，直接作為一個(gè)個(gè)對(duì)象而被集成進(jìn)來(lái)，使得分布在企業(yè)各個(gè)地方缘眶、在各個(gè)應(yīng)用中使用(運(yùn)行)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)得以高度集成嘱根、協(xié)調(diào)、共享巷懈，所有產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程得以高度優(yōu)化或重組该抒。

　　3基于PDM的機(jī)械產(chǎn)品性能與可靠性綜合設(shè)計(jì)分析平臺(tái)

　　在PDM軟件框架中，高度集成了各種應(yīng)用坎件顶燕。本文研究以機(jī)械產(chǎn)品性能與可靠性設(shè)計(jì)分行和仿真為應(yīng)用背景凑保，決定產(chǎn)品數(shù)據(jù)的治理模式;建立虛擬樣機(jī)集成仿真團(tuán)隊(duì)的組織模式及協(xié)作環(huán)境:實(shí)現(xiàn)仿真工具與PDM的集成;利用PDM提供的過(guò)程治理器，實(shí)現(xiàn)并行化仿真過(guò)程的治理與協(xié)調(diào)涌攻。

　　本平臺(tái)方案總思路體現(xiàn)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)欧引、分析各層次產(chǎn)品性能與可靠性的綜合數(shù)據(jù)、流程綜合鹊尤、特性綜合與綜合權(quán)衡迈招，以及各階段信息閉環(huán)。

　　(1)性能與可靠性的數(shù)據(jù)綜合

　　主要指說(shuō)計(jì)分析數(shù)據(jù)的綜合衣剂。在機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化環(huán)境下缘赋，與性能設(shè)計(jì)平臺(tái)交聯(lián)，集成可靠性設(shè)計(jì)分析工具惊派，實(shí)現(xiàn)性能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)誓胆、可靠性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的共享與融合。

　　(2)性能與可靠性設(shè)計(jì)分析的流程綜合

　　在系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上胃琴，結(jié)合可靠性設(shè)計(jì)與分析工作需要廊擦，圍繞核心工作項(xiàng)目，研究協(xié)同設(shè)計(jì)分析流程遥附，實(shí)現(xiàn)性能與可靠性之間的綜合設(shè)計(jì)分析觉浦。

　　(3)性能與可靠性的特性綜合與權(quán)衡

　　性能與可靠性是產(chǎn)品系統(tǒng)效能的兩個(gè)重要組成部分，也是產(chǎn)品研制的重要關(guān)聯(lián)因素跋岳。本平臺(tái)以機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)效能為目標(biāo)院仿，研究性能與可靠性多學(xué)科優(yōu)化的模型與權(quán)衡方法，實(shí)現(xiàn)性能與可靠性綜合權(quán)衡速和。

　　3.1可靠性設(shè)計(jì)

　　機(jī)械產(chǎn)品可靠性協(xié)同設(shè)計(jì)分析的基礎(chǔ)包括系統(tǒng)可靠性建模歹垫、故障模式及影響和危害性分析(FMECA)、故障樹(shù)分析(FTA)颠放。系統(tǒng)可靠性分析研究整個(gè)機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)排惨，包括原動(dòng)裝置吭敢、控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等各部分的整體復(fù)雜系統(tǒng)可靠性模型暮芭、分析評(píng)估方法等鹿驼。故障模式及影響租危害性分析(FMECA)主要是定性分析，通過(guò)分析辕宏，把握機(jī)械產(chǎn)品的故障情況畜晰，不僅可以直接指導(dǎo)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且也可為進(jìn)一步進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品可靠性的定量分析仿真奠定基礎(chǔ)瑞筐。故障樹(shù)分析(FTA)既可以定性分析也可以定量分析凄鼻，定量分析可以更進(jìn)一步剖析機(jī)械產(chǎn)品的故障。一般故障樹(shù)定量分析可以和系統(tǒng)可靠性模型聯(lián)合使用聚假。

　　(1)基于CAD的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則符合性檢查

　　通過(guò)構(gòu)建集成環(huán)境下機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)唠陈，收集機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程可靠性信息，并能夠利用該知識(shí)庫(kù)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則符合性檢驗(yàn)骂妻。通過(guò)實(shí)例信息查詢(xún)户痒，實(shí)現(xiàn)與CAD(如UG,ProE)系統(tǒng)集成，幫助治理由零件設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)(CAD)系統(tǒng)中的機(jī)械產(chǎn)品零件信息傀蒲，利用可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則知識(shí)庫(kù)對(duì)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行可靠性準(zhǔn)則符合性檢查赠槽。

　　(2)基于CAE的機(jī)械零部件概率設(shè)計(jì)

　　在基于三維數(shù)字樣機(jī)和有限元模型基礎(chǔ)上，通過(guò)與CAE軟件(如NASTRAN,ANSYS)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和集成仿真攒坊，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品強(qiáng)度斷裂可靠性概率設(shè)計(jì)幢戳、機(jī)械產(chǎn)品磨損/腐蝕可靠性概率設(shè)計(jì)、機(jī)械產(chǎn)品疲憊可靠性概率設(shè)計(jì)泰涡。

　　3.2可靠性分析仿真

　　(1)基于CAD的FMECA/FTA

　　現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件工具大量介人外抓，比較成熟的有Unigraphics,Pro/Engineering等等，在對(duì)主流的CAD工具二次開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上像兆，該模塊可實(shí)現(xiàn)與CAD軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和協(xié)同設(shè)計(jì)蜓呀，將FMECA/FTA過(guò)程融人到性能設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)將可靠性設(shè)計(jì)到產(chǎn)品方案中河哑。

　　通過(guò)構(gòu)建集成環(huán)境下機(jī)械產(chǎn)品FMECA故障知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)避诽，故障工程信息查詢(xún)，利用這些故障知識(shí)支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)化璃谨，終極實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和方案的改進(jìn)沙庐。

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)使用本系統(tǒng)，根據(jù)零件設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的機(jī)械產(chǎn)品零件信息佳吞，利用故障知識(shí)庫(kù)中的故障知識(shí)對(duì)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行故障分析拱雏，輔助零件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)優(yōu)化和改進(jìn)零件設(shè)計(jì)，減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)的各種重復(fù)和反復(fù)，降低本錢(qián)铸抑。

　　(2)基于CAE軟件的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性分析仿真

　　在三維數(shù)字樣機(jī)和有限元模型基礎(chǔ)上贡耽，結(jié)合機(jī)械強(qiáng)度可靠性分析仿真，通過(guò)與CAE(如ADA-MS,Ls-Dyna)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和自動(dòng)化集成仿真鹊汛，完成機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)誤差精度可靠性分析與仿真菇爪、多剛體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能可靠性分析與仿真、多柔體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能可靠性分析與仿真柒昏。

　　(3)基于CAE軟件的機(jī)械強(qiáng)度可靠性分析仿真

　　在三維數(shù)字樣機(jī)和有限元模型基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性分析仿真属圃，通過(guò)與CAE(如NAST-RAN,ANSYS)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和自動(dòng)化集成仿真轻调，完成機(jī)械產(chǎn)品靜強(qiáng)度可靠性分析與仿真、機(jī)械產(chǎn)品動(dòng)強(qiáng)度可靠性分析與仿真叉砰、機(jī)械產(chǎn)品熱強(qiáng)度可靠性分析仿真皮匪。

　　(4)基于CAE軟件的機(jī)械疲憊可靠性分析仿真

　　基于三維數(shù)字樣機(jī)和有限元模型，以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠性分析仿真和機(jī)械強(qiáng)度可靠性分析仿真基礎(chǔ)上众抽，通過(guò)與CAE(如MSC.Fatigue,FE_safe)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和自動(dòng)化集成仿真涮观，完成機(jī)械產(chǎn)品疲憊/斷裂壽命和可靠性分析仿真。

　　(5)機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性?xún)?yōu)化分析仿真

　　在機(jī)械產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性綜合權(quán)衡優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上尺桅，結(jié)合機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)梳让，以可靠性為目標(biāo)的優(yōu)化，通過(guò)機(jī)械零部件概率分析和可靠性分析仿真等的結(jié)合裂瘤。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和自動(dòng)化集成優(yōu)化分析仿真喻名。

　　性能與可靠性綜合權(quán)衡和優(yōu)化主要考慮以下3個(gè)方面:

　　①權(quán)衡因素的影響趨勢(shì)與強(qiáng)弱的確定該題目與產(chǎn)品對(duì)象關(guān)系密切薇雳，擬采取按產(chǎn)品類(lèi)型和綜合特性建立一套分析判定要素的方式疚筋，并建立相關(guān)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則或規(guī)則來(lái)輔助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)綜合權(quán)衡。

　∽闵稹②權(quán)衡評(píng)價(jià)要素的建立和權(quán)值的確定調(diào)研分析國(guó)內(nèi)外相關(guān)成果捷绑，依據(jù)綜合權(quán)衡的對(duì)象和范圍，建立評(píng)價(jià)要素集及其評(píng)價(jià)準(zhǔn)則或規(guī)則要求氢妈。采用專(zhuān)家打分方法與知識(shí)學(xué)習(xí)技術(shù)建立權(quán)值確定的處理邏輯與計(jì)算方法粹污。

　　③優(yōu)化目標(biāo)關(guān)系模型的建立面向系統(tǒng)級(jí)權(quán)衡首量，以系統(tǒng)效能和戰(zhàn)備完好率等為目標(biāo)厕怜，根據(jù)系統(tǒng)功能模型、可靠性模型和維修模型蕾总，利用仿真方法進(jìn)行分析粥航。

　　4工程實(shí)例應(yīng)用

　　以某空間結(jié)構(gòu)鎖系可靠性設(shè)計(jì)分析為例，具體論述了基于Pro/Engineering,MSC.Patran,MSC.Nastran,MSC.Adams等CAD/CAE工具的機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)、分析一體化方案递雀。通過(guò)構(gòu)建某空間結(jié)構(gòu)鎖系數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)平臺(tái)柄延，完成了空間結(jié)構(gòu)鎖系零部件的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的裝配和工程分析計(jì)算缀程，實(shí)現(xiàn)可靠性設(shè)計(jì)搜吧、分析和產(chǎn)品治理全過(guò)程的CAD/CAE/PDM一體化解決系統(tǒng)。

　　首先開(kāi)展可靠性定性分析裤狱，主要采用了故障模式及影響分析(FMEA)和故障樹(shù)分析(FTA)技術(shù);在定性分析的基礎(chǔ)上乒踢，進(jìn)行定量計(jì)算和確定性分析仿真，這里針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品特點(diǎn)殃秽，分別開(kāi)展了強(qiáng)度分析和動(dòng)力學(xué)分析捡霹；然后在確定性分析的基礎(chǔ)上，搭建了PDM集成框架瞬拆，結(jié)合虛擬樣機(jī)技術(shù)開(kāi)展概率設(shè)計(jì)分析卧袄，完成定量可靠度計(jì)算;最后，結(jié)合定性分析和定量分析的結(jié)果削父，綜合權(quán)衡并進(jìn)行迭代設(shè)計(jì)分析計(jì)算纸谤，找出空間結(jié)構(gòu)鎖系可靠性薄弱環(huán)節(jié)，并給出了設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化方案朗夺，進(jìn)步了空間結(jié)構(gòu)鎖系整體任務(wù)可靠度讲稀。

　　4.1三維建模與設(shè)計(jì)

　　三維實(shí)體建模包括所有零件的三維實(shí)體造型，總成和整機(jī)裝配背哎。

　　(1)三維實(shí)體建模

　　零部件的三維造型是建成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)碟狞，按照AutoCAD零部件設(shè)計(jì)圖紙，采用Pro/E軟件的三維造型模塊實(shí)現(xiàn)婚陪。天生的零件實(shí)體包含了零件的幾何信息和材料族沃、精度等物理信息。由此天生的零件就可被后續(xù)的質(zhì)量特性計(jì)算泌参、消息干涉檢查脆淹、有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)沽一、圖面繪制及制造等工作所共用盖溺。通常，從草圖人手建模輕易實(shí)現(xiàn)參數(shù)化铣缠、標(biāo)準(zhǔn)化烘嘱、系列化設(shè)計(jì)，是空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)平臺(tái)最理想的建模方式蝗蛙。

　　(2)空間結(jié)構(gòu)鎖系部件的天生

　　完成了所有零件的三維實(shí)體造型之后蝇庭，開(kāi)始裝配醉鳖，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案布置、裝配連接哮内、完整模擬產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等剪炮，經(jīng)干涉檢查和分析，確定終極幾何外形达植。通過(guò)參數(shù)化的三維實(shí)體建模形成的空間結(jié)構(gòu)鎖系零部件藤门，當(dāng)某一零件修改后，在部件中與其相關(guān)的零件也隨之得到更新轿侍。

　　(3)空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)平臺(tái)的建立

　　CAD是CAE,PDM的基礎(chǔ)酒尝，直接影響到后續(xù)工作的實(shí)現(xiàn)和進(jìn)行。因此皿腾，由CAD完成的空間結(jié)構(gòu)鎖系零部件與產(chǎn)品模型迫手，不僅僅要包含高層的幾何特征信息，還應(yīng)有完整的非幾何方面的信息誉煎，是可供CAE使用的工程分析模型。這樣语雇，才能實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/PDM的高度集成痛贬。空間結(jié)構(gòu)鎖系經(jīng)參數(shù)化三維造型磨涵、幾何和非幾何裝配處理驻债，形成空間結(jié)構(gòu)鎖系的設(shè)計(jì)平臺(tái)⌒卧幔空間結(jié)構(gòu)鎖系CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)是一體化解決系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心合呐。

　　(4)空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

　　空間結(jié)構(gòu)鎖系零部件及產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化笙以、通用化是建好空間結(jié)構(gòu)鎖系CAD設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)淌实。設(shè)計(jì)工作不僅僅是繪圖，還需要查閱大量的資料猖腕、手冊(cè)拆祈，進(jìn)行各種計(jì)算。必須完成所有設(shè)計(jì)資料的電子化工作倘感。即所有設(shè)計(jì)資料進(jìn)人計(jì)算機(jī)放坏，形成空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)。

　　在以后設(shè)計(jì)中可利用空間結(jié)構(gòu)鎖系平臺(tái)和設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)完成空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)改進(jìn)和優(yōu)化過(guò)程老玛。進(jìn)步設(shè)計(jì)的科學(xué)性淤年，縮短設(shè)計(jì)周期。

　　4.2空間結(jié)構(gòu)鎖系的工程分析計(jì)算(CAE)

　　空間結(jié)構(gòu)鎖系的工程分析計(jì)算(CAE)包括:空間結(jié)構(gòu)鎖系主要結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析仿真和運(yùn)動(dòng)學(xué)蜡豹、動(dòng)力學(xué)分析仿真以及強(qiáng)度可靠性和運(yùn)動(dòng)可靠性分析仿真蛙陆。CAE在進(jìn)步產(chǎn)品性能和質(zhì)量過(guò)程中的重要作用越來(lái)越多地被企業(yè)和研究部分所熟悉，可以幫助設(shè)計(jì)職員在新產(chǎn)品建造和成型之前，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的早期就能了解產(chǎn)品的有關(guān)特性藤习、整體質(zhì)量水平乌心、可靠性和安全性，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的題目第粟，并及時(shí)解決匹羹。可縮短設(shè)計(jì)协颅、研發(fā)時(shí)間糕但，降低產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中對(duì)物理樣機(jī)的依靠程度，降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)本錢(qián)簇娩。

　　(1)空間結(jié)構(gòu)鎖系強(qiáng)度分析與仿真計(jì)算

　　采用MSC.PATRAN進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)鎖系有限元建模唠魏，然后用MSC.NASTRAN強(qiáng)度分析仿真。為了驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的有效性货裳，應(yīng)正確地確定:①空間結(jié)構(gòu)鎖系實(shí)際工作載荷;②結(jié)構(gòu)件不利工作位置;③機(jī)構(gòu)計(jì)算模型的精確描述;④正確的計(jì)算方法例吹。

　　采用有限元法，對(duì)空間結(jié)構(gòu)鎖系各部件進(jìn)行靜力學(xué)分析景图、動(dòng)力學(xué)分析较雕。靜力學(xué)分析用來(lái)求解結(jié)構(gòu)與時(shí)間無(wú)關(guān)的靜力學(xué)載荷作用F的響應(yīng)，并得出所需節(jié)點(diǎn)的位移挚币、節(jié)點(diǎn)力亮蒋、單元力、單元應(yīng)力和應(yīng)變等妆毕。

　　(2)空間結(jié)構(gòu)鎖系動(dòng)力學(xué)分析仿真

　　在空間結(jié)構(gòu)鎖系三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)上慎玖，還考慮了三維實(shí)體給出邊界約束，運(yùn)動(dòng)約束和施加工作載荷等笛粘，并采用MSC公司的機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模和分析仿真趁怔，仿真分析出了空間結(jié)構(gòu)鎖系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如運(yùn)動(dòng)仿真薪前、運(yùn)動(dòng)軌跡痕钢、位移、速度序六、加速度任连、力、力矩等參數(shù)計(jì)算和干涉檢查拒吧，從而把從前需要數(shù)月才能完成整機(jī)實(shí)體物理實(shí)驗(yàn)划疟，縮短到數(shù)小時(shí)就能在計(jì)算機(jī)上完成。

　　其中采用了離散體對(duì)柔性繩索成功的進(jìn)行了建模分析和仿真描蹦，進(jìn)步了繩索的動(dòng)力學(xué)分析效率苦恶，并且其結(jié)果得到了工程驗(yàn)證票虎。

　　4.3空間結(jié)構(gòu)鎖系產(chǎn)品數(shù)據(jù)治理(PDM)

　　PDM是幫助工程技術(shù)職員治理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程的工具，它將所有與空間結(jié)構(gòu)鎖系產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品有關(guān)的過(guò)程集成在一起筝踢，確保跟蹤設(shè)計(jì)摔色、制造所需的大量數(shù)據(jù)和信息，并由此支持和維護(hù)產(chǎn)品彰碑。與空間結(jié)構(gòu)鎖系產(chǎn)品有關(guān)的信息包括任何屬于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)變量数辱，如CAD/CAE/PDM的文件、產(chǎn)品配置文件详般、電子表格初藐。

　　一體化解決系統(tǒng)的中心思想是讓用戶(hù)在同一的空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)CAD/CAE/PDM設(shè)計(jì)分析全過(guò)程，自主開(kāi)發(fā)的ARAMS(機(jī)械可靠性自動(dòng)分析系統(tǒng))中每一個(gè)模塊都基于這個(gè)設(shè)計(jì)平臺(tái)玷利，有同一的界面和同一的數(shù)據(jù)庫(kù)乍恐，充分發(fā)揮空間結(jié)構(gòu)鎖系設(shè)計(jì)平臺(tái)的功效，為開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品测砂、改進(jìn)老產(chǎn)品茵烈、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、進(jìn)步產(chǎn)品性能和可靠性打下基礎(chǔ)砌些。

　　該方案利用PDM技術(shù)呜投，集成二維建模工具UG、動(dòng)力學(xué)仿真工具ADAMS寄症、有限元建模仿真工具PA-TRAM/NASTRAN以及自主研發(fā)的機(jī)械系統(tǒng)可靠度分析軟件ARAMS宙彪，可以方便實(shí)現(xiàn)各軟件工具之間的數(shù)據(jù)交換和共享矩动，形成了機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)分析一體化解決系統(tǒng)有巧，具有一定的通用性。

　　4.4空間結(jié)構(gòu)鎖系強(qiáng)度和動(dòng)力學(xué)可靠性分析仿真

　　其中參數(shù)靈敏度分析是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)悲没，對(duì)于進(jìn)步可靠性分析效率非常有效篮迎，縮短設(shè)計(jì)分析周期，增強(qiáng)該技術(shù)的工程實(shí)用性示姿。首先甜橱，通過(guò)設(shè)計(jì)參數(shù)靈敏度分析，確定影響機(jī)構(gòu)規(guī)定功能的主要參數(shù)源快，然后對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控和設(shè)計(jì)優(yōu)化乞微。

　　空間結(jié)構(gòu)鎖系機(jī)構(gòu)可靠性分析在常規(guī)確定性強(qiáng)度分析、動(dòng)力學(xué)分析和參數(shù)靈敏度分析的基礎(chǔ)上炫瘤，利用自主開(kāi)發(fā)的ARAMS系統(tǒng)進(jìn)行空問(wèn)結(jié)構(gòu)鎖系機(jī)構(gòu)可靠性分析仿真計(jì)算蝉徒，最后得出用戶(hù)需求的可靠度等可靠性參數(shù)。

　　限于篇幅枷配，只以主動(dòng)鎖鉤中異常變形故障模式為例认寓，扼要說(shuō)明計(jì)算過(guò)程檬桅。

　　(1)隨機(jī)變量及其統(tǒng)計(jì)參數(shù)

　　以主動(dòng)鎖鉤為例，根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作要求奉量，選擇外載荷芹寓、材料的彈性模量、屈服極限笼糙、強(qiáng)度極限妓唬、泊松比作為隨機(jī)變量。溫度對(duì)鎖鉤力學(xué)性能影響很小雄炕，因此變量中不包含溫度變量沈条。

　　(2)設(shè)定功能函數(shù)

　　主動(dòng)鎖鉤異常變形的功能函數(shù)為G(E,P,R,F)=R一f(E,P,F)其中，f(E,P,F)采用響應(yīng)面方法構(gòu)建诅炉，該響應(yīng)面是通過(guò)IDM平臺(tái)迭代調(diào)用有限元軟件NAST-RAN以及動(dòng)力學(xué)仿真分析軟件ADAMS求出蜡歹。

　　(3)計(jì)算方法及結(jié)果分析

　　本文分析的零件可靠度計(jì)算都需要調(diào)用外部有限元和動(dòng)力學(xué)分析軟件，功能函數(shù)屬于隱式函數(shù)涕烧，采用的算法包括:改進(jìn)均值法加(AMV+)月而、蒙特卡羅法(MONTE)和響應(yīng)面法(RSM)。

　　理論上蒙特卡羅法的計(jì)算結(jié)果最為正確议纯，但消耗的計(jì)算資源和仿真時(shí)間最多父款，特別是對(duì)可靠度很高的零件將耗費(fèi)大量的計(jì)算資源，可作為部分零件的驗(yàn)證算法瞻凤，但不建議大量采用;響應(yīng)面法計(jì)算效率最高憨攒，但計(jì)算精度較低;改進(jìn)均值法的計(jì)算結(jié)果最接近于蒙特卡羅仿真結(jié)果，在使用雙CPU工作站的情況下其耗費(fèi)的計(jì)算時(shí)間也可以接受阀参。因此肝集，本文推薦采用改進(jìn)均值法加(AMV+)。

　　(4)概率靈敏度分析

　　通過(guò)概率靈敏度分析蛛壳，可以找出對(duì)失效概率影響較大的隨機(jī)變量芙糙，從而提供改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、進(jìn)步可靠度的最佳途徑骨矗。

　　主動(dòng)鎖鉤外載荷和材料的屈服極限屬于比較靈敏的隨機(jī)變量鹊逛，特別是外載荷的變異系數(shù)對(duì)可靠度影響最大，在設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)應(yīng)作為主要因素加以重視;泊松比對(duì)失效概率影響較小烛储，彈性模量對(duì)失效概率的影響幾乎沒(méi)有象讶，在設(shè)計(jì)改進(jìn)時(shí)可以作為次要因素。

　　利用該P(yáng)DM平臺(tái)棺玫，自動(dòng)高效的對(duì)所有故障模式進(jìn)行了可靠度仿真計(jì)算和概率靈敏度分析盏拐，改進(jìn)和進(jìn)步空間結(jié)構(gòu)鎖系機(jī)構(gòu)可靠性提供了依據(jù)。

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　(1)本文提出了一種利用PDM技術(shù)結(jié)合數(shù)字虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)空間結(jié)構(gòu)鎖系機(jī)構(gòu)進(jìn)行可靠度分析計(jì)算的方法刑袒，解決了該方法應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)涤墙，降低了本錢(qián)谍竿，縮短設(shè)計(jì)周期。

　　(2)通過(guò)自主研發(fā)面向機(jī)械產(chǎn)品性能與可靠性PDM綜合設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)—ARAMS惯缚，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品性能與可靠性PDM綜合設(shè)計(jì)分析的工具集成和數(shù)據(jù)集成路影。

　　(3)通過(guò)應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)鎖系可靠性設(shè)計(jì)分析，驗(yàn)證了該平臺(tái)方案的可行性屋群。實(shí)現(xiàn)了機(jī)械產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)和分析過(guò)程的同一闸婴，基于虛擬樣機(jī)平臺(tái)，搭建了同一的數(shù)據(jù)庫(kù)芍躏，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)研制周期邪乍，為進(jìn)步產(chǎn)品的性能和可靠性打下基礎(chǔ)。

　　(4)該CAD/CAE/PDM一體化系統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科的協(xié)同設(shè)計(jì)與協(xié)同分析对竣，通過(guò)對(duì)多種貿(mào)易軟件的自動(dòng)集成庇楞，實(shí)現(xiàn)了實(shí)體幾何模型建立、動(dòng)力學(xué)分析否纬、有限元分析吕晌、靈敏度分析以及可靠度分析仿真計(jì)算過(guò)程的數(shù)據(jù)集成，并且得到了工程檢驗(yàn)临燃。該系統(tǒng)和方法可以推廣到通用機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)分析過(guò)程中睛驳。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開(kāi)資料來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享膜廊，并不代表本站贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)乏沸，也不構(gòu)成任何其他建議。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布牡科、編輯整理上傳牲耐，對(duì)此類(lèi)作品本站僅提供交流平臺(tái)，不為其版權(quán)負(fù)責(zé)瞪栋。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻嚣历、圖片叼叙、文字如涉及作品版權(quán)問(wèn)題荷焦，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認(rèn)版權(quán)并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)支付稿酬或立即刪除內(nèi)容么酪，以保證您的權(quán)益掌范！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。