轴向柱塞泵虚拟样机构建与仿真平台研究

论文摘要

轴向柱塞泵是机构和流体高度耦合的动力元件,两者的耦合特性是轴向柱塞泵研究的重点和难点。本论文以虚拟样机技术为基础,构建了轴向柱塞泵仿真平台ViSPA,对轴向柱塞泵虚拟样机模型中的液固耦合和刚柔耦合关键技术进行了研究。轴向柱塞泵仿真平台ViSPA的开发目的是将复杂的虚拟样机构建流程进行封装,提供友好便捷的交互界面。依据轴向柱塞泵的属性特征,平台由机构模块和流体模块两部分组成,其中机构模块由参数化建模模块和柔性化模块构成,流体模块由液压系统求解模块、状态变量创建模块以及摩擦副油膜特性解算模块构成,论文详细分析了各个模块的开发原理和关键技术。通过试验评估,验证了ViSPA仿真平台在轴向柱塞泵宏观参量预测上的可信度与精确度。基于平台分析了轴向柱塞泵的相关机构特性以及流体特性,证明了平台在实际问题上的应用能力。论文的主要结构如下:第一章,介绍了轴向柱塞泵的概况和虚拟样机技术的概念,调研了国内外科研机构对轴向柱塞泵虚拟样机的研究成果,确定了本课题的研究思路及内容,指出了本课题的研究难点。第二章,阐述了ViSPA仿真平台中参数化建模模块和柔性化模块的开发原理,对两大功能模块开发的关键技术进行了分析。基于参数化建模模块,构建了LA4V型轴向柱塞泵的几何模型。第三章,分析了轴向柱塞泵的流体特征,搭建了基于AMESim环境的液压系统模型。利用AMESim的脚本语言,编写了液压系统求解模块,并对该模型进行了封装。基于ADAMS的二次开发语言,开发了状态变量创建模块。第四章,分析了ViSPA仿真平台的功能架构组成、主交互界面开发的关键技术以及各模块的数据传递接口。第五章,评估了ViSPA仿真平台的可信度和精确度,基于平台预测分析了轴向柱塞泵的相关机构特性和流体特性。第六章,总结了论文的主要研究工作,归纳了开发ViSPA仿真平台的关键技术,指出了下一步的研究方向。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 符号清单
• 第一章 绪论
• 1.1 轴向柱塞泵概况及发展历程
• 1.1.1 轴向柱塞泵概况
• 1.1.2 轴向柱塞泵发展历程
• 1.2 轴向柱塞泵虚拟样机技术概况及研究现状
• 1.2.1 虚拟样机技术概况及应用
• 1.2.2 轴向柱塞泵虚拟样机技术研究现状
• 1.3 课题的研究意义、内容和方法
• 1.3.1 课题研究意义
• 1.3.2 课题研究内容
• 1.3.3 课题研究方法
• 1.4 课题的研究难点
• 第二章 ViSPA仿真平台的机构模块
• 2.1 机构模块特征
• 2.2 参数化建模模块
• 2.2.1 参数化建模概述
• 2.2.2 参数化几何模型构建
• 2.2.3 物理模型建模
• 2.3 柔性化模块
• 2.3.1 柔性体理论
• 2.3.2 柔性化模块构建的关键技术
• 2.4 本章小结
• 第三章 ViSPA仿真平台的流体模块
• 3.1 流体模块特征
• 3.2 液压系统求解模块
• 3.2.1 轴向柱塞泵液压系统模型
• 3.2.2 液压系统求解模块
• 3.3 状态变量创建模块
• 3.3.1 状态变量创建
• 3.3.2 作用力创建
• 3.3.3 模型文件导出
• 3.4 摩擦副油膜特性解算模块
• 3.5 本章小结
• 第四章 ViSPA仿真平台的人机界面与模块接口
• 4.1 仿真平台的人机界面
• 4.1.1 ADAMS二次开发
• 4.1.2 仿真平台的人机界面开发
• 4.2 仿真平台的模块接口
• 4.2.1 轴向柱塞泵虚拟样机架构
• 4.2.2 仿真平台功能模块接口
• 4.3 本章小结
• 第五章 ViSPA仿真平台的试验评估与应用案例
• 5.1 仿真平台的试验评估
• 5.1.1 虚拟测试和物理测试的条件
• 5.1.2 定负载的压力特性评估
• 5.1.3 变负载的压力特性评估
• 5.1.4 定负载的流量特性评估
• 5.2 仿真平台的应用案例
• 5.2.1 机构特性研究
• 5.2.2 流体特性研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者简历及在学期间所取得的科研成果及奖励