机电产品现代设计方法实验报告

课程名称机电产品现代设计方法典型机电产品多学科协同优化设计姓名学号班级所在学院机电工程学院任课教师课程名称机电产品现代设计方法姓名学号班级实验地点实验日期评分指导教师同组成员其他1实验目的（1）掌握典型机电产品多学科协同优化设计软件环境组成，包括建模软件、分析软件、协同平台；（2）自主设计产品模型、分析过程、优化目标；（3）对得到的优化结果进行定性分析，解释结果的合理性，编写上机实验报告。2实验内容1轴的有限元分析2基于ADAMS的运动学分析与仿真3实验相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）（1）轴的有限元分析采用的是ABAQUS软件进行分析；（2）运用ADAMS软件进行起重机的建模、运动学分析与仿真；（3）所用实验设备为实验室的计算机。4实验环境网络协同设计环境，如图1所示包括产品CAD建模、有限元分析FEM、动力学仿真ADAMS和控制仿真MATLAB。计算机网络硬件环境和相应软件环境。图形工作站和路由器，安装协同设计仿真软件。运动控制仿真（MATLAB）产品CAE（ABAQUS）产品三维模型产品动力学仿真（ADAMS）机电产品建模CAD（SOLIDWORKS）反馈图1协同设计仿真平台组成5实验原理典型机电产品协同设计仿真工作流程如下图2所示。1）利用CAD建模工具，建立产品模型；2）利用ADAMS建立产品运动学模型；3）根据CAD和ADAMS传过来的结构模型和边界条件分析零件应力场和应变场；4）将ADAMS分析得到的运动参数（位移、速度）。CAD模型（STEP/IGES格式）1产品CAD建模（CATIA）3CAE有限元分析（CATIA）FEM分析结果（应力、应变、模态）2动力学分析（ADAMS）驱动力、反应时间有限元输入载荷4控制仿真（MATLAB）运动参数位移、速度动力参数惯量、载荷图2协同设计仿真平台组成6实验结果（含操作过程说明、结果记录及分析和实验总结等）1）基于ABAQUS的轴的有限元分析过程说明1）导入模型利用ABAQUS的FILEIMPORTPART，导入事先建好的轴的CAD文件，格式为IGS。图32）定义材料属性利用ABAQUS中的PROPERTY模块，定义材料的杨氏模量和泊松比分别为210000和03；利用CREATESECTION，创建截面图；利用ASSIGNSECTION，定义部件截面。图43）创建装配体利用ASSEMBLY模块中的INSTANCEPART，选择INDEPENDENT。图54）创建分析步和参考点进入STEP模块，选择CREATSTEP，建立分析步STEP1。点击CONTINUE，进入EDITSTEP，设计增量步。利用TOOLSREFERENCEPOINT创建参考点，选择轴向上部外面的中心点为参考点。图65）创建参考点和部件上部端面的约束进入INTERACTION模块，点击CREATECONSTRAINT，建立约束。选择COUPLING，然后分别选择参考点和对应的轴端面，进入设置菜单。图76）定义转矩和边界条件进入LOAD模块，点击CREATELOAD，建立载荷LOAD1。选择MOMENT，选择参考点，进入EDITLOAD对话框，进行参数设置。点击CREATEBOUNDARYCONDITION，建立边界设定，设置为INITIAL。选则SYMMETRY/ANTISYMMETRY，选择轴的另一端面，进入EDITBOUNDARYCONDITION设置框，选择ENCASTRE。图87）网格划分，生成数值模型有限元分析需将一个连续几何体用有限的网格分隔开，通过对网格内部几何体进行分析计算，从而得到对整个零部件的分析与计算。点击CREATEBOUNDARYCONDITION，建立边界设定，设置为INITIAL。选则SYMMETRY/ANTISYMMETRY，选择轴的另一端面，进入EDITBOUNDARYCONDITION设置框，选择ENCASTRE，结果如下图9所示。点击ASSIGNELEMENTTYPE，设置单元类型；点击SEEDPARTINSTANCE，设置网格大小。图98）创建作业，分析计算进入JOB模块，点击CREATEJOB，建立JOB1，设置；点击JOBMANAGER，点击SUBMIT，提交作业，当状态栏为COMPLETED时，分析完成，其过程图如下图10所示。图109）结果后处理分析结果的动画显示截图如下图11所示。图1110）实验总结阶梯轴用材料力学分析计算比较麻烦，并且只能查看有限几个截面所受扭矩大小，而用ABAQUS软件对转台中的阶梯轴进行有限元分析，则显得非常方便。利用该软件依次完成导入部件，定义材料属性，创建装配体，创建分析步和参考点，创建参考点和部件上部端面的约束，定义转矩和边界条件，网格划分，创建作业以及分析计算等过程，最后对轴添加一个虚拟转矩，观察轴的动画,分析发现其变形在允许范围内，即满足设计要求。2）基于ADAMS的起重机的运动仿真1）起重机的ADAMS建模利用ADAMS中的有关建模模块，建好模型后的结果图如下图122）建立起重机各部分之间的连接副进入ADAMS的CONNETCTORS模块，在基座和座架之间建立转动副连接；在座架和轴肩之间建立转动副连接；在轴肩和悬臂之间建立平动副连接关系；在铲斗和悬臂之间建立转动副连接，其结果如下图133）建立运动副的运动关系和仿真分析进入ADAMS的MOTIONS模块，根据实验指导书要求，设置各个转动副的运动关系，最后设置好仿真参数和步长，进入仿真分析，其结果如下图144）测量分析和后处理利用ADAMS中的DESIGNEXPLORATION进行仿真后的测量，其结果如下图155）实验总结通过该实验，我们初步接触了ADAMS，从建模到运动仿真，再到有限元的分析，一步步进行。然而在此过程中，我们对这该软件的更多强大的功能应用还不是很不了解，并且在添加运动过程中，运动函数的具体编写只是按照例题中所给的进行。ADAMS在运动仿真和分析中非常的方便和实用，在今后的日子中我会进一步接触它使用它并掌握它。实验感想在这次实验当中，我们接触到了许多陌生然而却非常有用的软件，比如ADAMS、ABAQUS等，之前在机械振动基础的大作业中曾接触并使用过ANSYS，感觉ANSYS与ABAQUS之间，功能有相似，但是侧重点不同，ANSYS侧重于力分析、流体分析、热力学分析，