机械振动计算机仿真科技

一、概述

随着计算机的发展，人们目前已普遍采用计算机进行工程设计，其中计算机辅助设计(cAD)已被广泛推广，而计算机辅助工程(cAE)在近几年也正逐步被人们所接受。本文主要论述了CAE方法中的动态仿真。以往的产品设计，往往是根据设计经验，确定产品的结构形式，待样机产生后再根据环境试验的要求做各种例行试验，试验过程中，机械振动常常会由于设计不当，出现多种多样的问题，这样只好重新设计。而采用CAE方法后，可以在设计的初期，样机出来之前，在计算机上模拟出样机的结构形式，并在计算机上进行动态模拟，这样就可事先了解样机在机械振动中可能会出现的问题，并于设计的初期进行修改，使样机一次设计成功，缩短产品的研制周期。

二、基本原理

1.有限元的基本概念

有限元单元是把连续弹性体看作有限个单元体，在有限个结点处联结而成的结构，而每个单元又是一个弹性体，它具有合法的某些特征。有限单元法的特点在于其分析对象不是整个结构或子结构，而是以单元的特点位移，作为系统的广义坐标，结点力一般则表示为结点位移的函数，由于各单元可根据需要取得很小，所以它们的函数关系可表达得非常简单。有限单元法，原则上适用于各种不同的结构问题，是一种适应性很强的数值方法，这种方法可将各种问题的分析结果归结为求解线性代数方程组，就为利用计算机解题提供了便利条件。

2.虚功原理

在固体力学中，有限元法一般采用虚功原理。虚功原理具体表述为:如果质点系在外力作用下是平衡的，则全部主动力和约束力在平衡位置算起的任何虚位移上所作虚功的总和等于零。

三、SAP软件简介

SAP是一个专门用于有限元分析的CAE系统，目前已发展到SAPg.O，它提供了一个人机对话的图形一菜单一提示一命令环境，使人们可以用多种方法自动或半自动地构造复杂的有限元模型，并且可以用各种方式观看、检验构成的有限元模型。此外，它可以把自动或半自动生成的有限元模型的图像对应的二进制码文件自动转换为ASCll码，以供有限元分析之用。在分析过程中，它提供不同的求解工具，以满足是静态分析还是动态分析，是线性分析还是非线性分析。该软件的运行结果已被工程验证。此外，该软件还提供了后处理系统，可以在屏幕上直观地观看运行的结果。

四、具体应用实例

以某发射机机架作为研究对象。如图1为某发射机的外形，该机器高为817.smm，宽为545mm，深为55omm，机架底部装有四个JGI一3型减振器，背部装有两个E25型减振器，整个机架加各个分机箱，共重140公斤。从以上的论述可以看出，机械振动的计算机仿真是具有一定的科学性和真实性的。目前，国内一些科研院校及有实力的企业已将它运用到实际工作中，如汽车、飞机及雷达的研制，并已取得一定的成果，预计随着计算机的发展，该方法的应用还将有更广阔的前景。