SOLIDWORKS Motion 數(shù)字化功能樣機及機械系統(tǒng)動力學(xué)分析

在虛擬樣機的基礎(chǔ)上，人們又提出了數(shù)字化功能樣機（Functional Digital Prototyping）的概念，這是在CAD/CAM/CAE技術(shù)和一般虛擬樣機技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的。其理論基礎(chǔ)為計算多體系動力學(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，并通過虛擬試驗技術(shù)，預(yù)測產(chǎn)品性能。基于多體系統(tǒng)動力學(xué)和有限元理論，解決產(chǎn)品的運動學(xué)、動力學(xué)、變形、結(jié)構(gòu)、強度和壽命等問題。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-電-液-控等系統(tǒng)的能量流和信息流的耦合問題。

數(shù)字化功能樣機的內(nèi)容如圖所示，它包括計算多體系統(tǒng)動力學(xué)的運動/動力特性分析，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，計算流體動力學(xué)分析，液壓/氣動的控制仿真，以及多領(lǐng)域混合模型系統(tǒng)的仿真等。

多個物體通過運動副的連接便組成了機械系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部有彈簧、阻尼器、制動器等力學(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)動和約束。物體分柔性和剛性之分，而實際上的工程研究對象多為混合系統(tǒng)。機械系統(tǒng)動力學(xué)分析和仿真主要是為了解決系統(tǒng)的運動學(xué)、動力學(xué)和靜力學(xué)問題。其過程主要包括：

■物理建模：用標(biāo)準(zhǔn)運動副、驅(qū)動/約束、力元和外力等要素抽象出同實際機械系統(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：迭代求出計算解。

實際上，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、曲線運算和動畫顯示過程。

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)建的原型機上查看其工作情況，從而檢測設(shè)計的結(jié)果，例如電動機尺寸、連接方式、壓力過載、凸輪輪廓、齒輪傳動率、運動零件干涉等設(shè)計中可能出現(xiàn)的問題。進(jìn) 而修改設(shè)計，得到了進(jìn)一步優(yōu)化了的結(jié)果。同時，SOLIDWORKS Motion用戶界面是SOLIDWORKS界面的無縫擴展，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。