虚拟样机应力场的交互可视化研究与应用

论文摘要

本文从虚拟样机性能分析的角度出发,研究了虚拟样机应力分析模型的信息描述及网格与边界条件的显示,虚拟样机在静态载荷作用下的应力场交互可视化及虚拟样机在动力学仿真过程中的应力场可视化。在此基础上开发了虚拟样机应力场交互可视化系统,支持设计者对虚拟样机系统交互施加外力、扭矩、速度等,实时观测由于用户交互操作而引起的虚拟样机系统的应力场变化情况,通过工程实例对虚拟样机应力场交互可视化系统的功能加以验证。 第1章简要介绍了虚拟样机技术的定义、研究与应用现状,阐述了虚拟样机应力场交互可视化的关键技术及研究现状,提出了课题的研究背景、意义及主要内容。 第2章介绍了虚拟样机应力分析模型的信息描述,建立了基于网格拓扑关系的应力模型数据结构,实现了虚拟样机的网格模型及边界条件的显示。 第3章介绍了静态载荷作用下的虚拟样机应力场交互可视化过程,根据虚拟样机常用的装配关系,提出了虚拟样机中集中力与分布力之间的转换方法,实现了商用有限元分析软件与虚拟样机系统之间的数据转换,并对基于时间及交互力控制下的虚拟样机静态应力场进行实时显示。 第4章提出了虚拟样机装配信息模型与动力学仿真模型的自动转换方法,通过虚拟样机的运动学、动力学求解实现了约束力的实时传递,并通过实时获取虚拟样机各部件运动方位及应力的实时插值结果实现了虚拟样机在动力学仿真过程中的应力场可视化。 第5章开发了虚拟样机应力场的交互可视化系统,简要介绍了系统开发环境、功能模块及实现流程,并给出了工程实例。 第6章总结了全文的研究工作,并指出了今后的研究工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟样机技术概述
• 1.1.1 虚拟样机的定义
• 1.1.2 国内外虚拟样机技术研究与应用现状
• 1.2 虚拟样机应力场交互可视化关键技术概述
• 1.2.1 基于虚拟样机的多体系统动力学研究现状
• 1.2.2 虚拟样机的应力分析技术研究现状
• 1.2.3 可视化技术在应力分析中的应用
• 1.3 课题的提出和主要研究内容
• 1.3.1 课题的提出
• 1.3.2 总体框架及主要内容研究
• 第2章 虚拟样机应力分析模型的可视化
• 2.1 引言
• 2.2 应力分析模型的信息描述
• 2.2.1 网格模型的信息描述
• 2.2.2 边界条件的表述
• 2.2.3 材料属性的定义
• 2.2.4 基于拓扑关系的应力分析模型数据表达
• 2.3 应力分析模型的网格模型可视化
• 2.3.1 网格模型的生成与显示
• 2.3.2 网格模型的优化
• 2.4 应力分析模型的边界条件可视化
• 2.4.1 模型外部载荷的显示
• 2.4.2 模型边界约束的显示
• 2.5 本章小结
• 第3章 虚拟样机静态应力场交互可视化
• 3.1 引言
• 3.2 基于配合关系的集中力与分布力转换
• 3.2.1 虚拟样机零部件间的基本配合关系
• 3.2.2 集中力的均匀分布力逼近
• 3.2.3 基于轴承模型的分布力逼近
• 3.3 商用应力分析软件与虚拟样机系统数据转换
• 3.3.1 商用软件中应力分析结果数据的生成
• 3.3.2 虚拟样机系统中应力分析结果数据导入
• 3.4 应力分析结果的可视化技术
• 3.4.1 网格变形的显示
• 3.4.2 应力场等值线的绘制
• 3.4.3 应力场云图与色带图的显示
• 3.5 虚拟样机静态应力场实时显示
• 3.5.1 应力分析结果的实时拟合
• 3.5.2 基于时间控制的静态应力场的实时显示
• 3.5.3 基于交互力控制的静态应力场的实时显示
• 3.6 本章小结
• 第4章 虚拟样机动力学仿真过程中的应力场可视化
• 4.1 引言
• 4.2 虚拟样机系统的动力学模型描述
• 4.2.1 虚拟样机部件的属性信息描述
• 4.2.2 虚拟样机系统的外部作用力描述
• 4.2.3 基于约束关系的虚拟样机装配体数据表达
• 4.3 虚拟样机各部件的运动初始方位的确定
• 4.3.1 运动部件与运动副初始位置的确定
• 4.3.2 运动部件与运动副初始方位角度的确定
• 4.4 虚拟样机的动力学求解
• 4.4.1 虚拟样机系统的运动单元合并
• 4.4.2 虚拟样机系统的虚约束检测与剔除
• 4.4.3 基于ADAMS的虚拟样机系统动力学仿真
• 4.5 动态仿真过程中应力分析结果的实时显示
• 4.5.1 虚拟样机部件运动位置的实时获取
• 4.5.2 虚拟样机动态力的实时传递
• 4.5.3 虚拟样机应力分析结果的实时逼近
• 4.6 本章小结
• 第5章 系统实现与应用实例
• 5.1 系统开发和运行环境
• 5.2 系统功能模块
• 5.3 虚拟样机静态应力场的交互可视化
• 5.3.1 应力分析模型的预处理
• 5.3.2 应力分析模型的显示
• 5.3.3 虚拟样机静态应力场可视化的交互控制
• 5.4 虚拟样机动态应力场的可视化
• 5.4.1 虚拟样机模型的载入
• 5.4.2 虚拟样机柔性体部件的转换
• 5.4.3 虚拟样机动力学模型的交互控制
• 5.4.4 动态应力场可视化的交互控制
• 5.5 工程实例
• 5.5.1 汽车发动机活塞部件的静态应力场交互可视化
• 5.5.2 汽车发动机曲轴部件的静态应力场交互可视化
• 5.5.3 解放CA10B型汽车车架静态应力场交互可视化
• 5.5.4 MINIBAYA小车底盘静态应力场交互可视化
• 5.5.5 MINIBAYA小车轮毂的静态应力场交互可视化
• 5.5.6 300MN水压机的压块部件静态应力场交互可视化
• 5.5.7 汽车发动机曲柄活塞系统的动态应力场可视化
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 进一步研究工作展望
• 参考文献
• 致谢