機械工程的畢業(yè)論文

　　機械工程的畢業(yè)生畢業(yè)時需要寫一篇與專業(yè)相關(guān)的畢業(yè)論文，那么應(yīng)該如何寫論文的內(nèi)容呢？下面是小編分享給大家的機械工程的畢業(yè)論文，希望對大家有幫助。

　　《 機械工程設(shè)計中的虛擬樣機技術(shù)探析 》

　　摘要：文章簡單介紹了虛擬樣機技術(shù)的概念及其特點，對機械工程設(shè)計中虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用，尤其是在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用做了深入分析和探討，以期為技術(shù)研發(fā)提供方向性的參考。

　　關(guān)鍵詞：機械工程;設(shè)計;虛擬樣機;技術(shù)分析

　　隨著經(jīng)濟和科技的迅猛發(fā)展，企業(yè)在激烈的市場競爭中要想謀求長期穩(wěn)定的發(fā)展，就要不斷研發(fā)適應(yīng)市場需求的新產(chǎn)品，并縮短研發(fā)周期、優(yōu)化設(shè)計性能、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低開發(fā)成本。虛擬樣機技術(shù)相較于傳統(tǒng)的物理樣機技術(shù)而言，以其卓越的性能受到企業(yè)和研發(fā)者的青睞。以虛擬樣機取代物理樣機進行新產(chǎn)品開發(fā)中的前期設(shè)計和測試評估，可有效縮短開發(fā)周期和降低開發(fā)成本，同時能優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計效果，尤其在機械工程設(shè)計中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

　　1虛擬樣機技術(shù)的概念及其特點

　　虛擬樣機技術(shù)相對傳統(tǒng)物理樣機而言的顯著特點是;虛擬，即通過計算機借助特定的軟件程序幫助工程師建立三維模型，依靠先進的仿真模擬系統(tǒng)實施仿真模擬實驗，對機械在實際運行中的情況加以分析和評估，幫助工程師及時找出設(shè)計不足和缺陷，并采取針對性的措施加以改進，提高機械設(shè)計的效率和質(zhì)量[1]。簡單地講，該技術(shù)是在計算機基礎(chǔ)上，運用CAD等設(shè)計制圖模型，借助仿真模擬技術(shù)進行機械設(shè)計的一種新技術(shù)。該技術(shù)的特點是：在機械設(shè)計整個過程中借助高科技的設(shè)計和管理技術(shù)實施開發(fā)、分析和設(shè)計，極大地縮短了研發(fā)設(shè)計周期，提高了機械設(shè)計的質(zhì)量和效率，同時也降低了設(shè)計成本，有助于提高企業(yè)的市場競爭力。

　　2機械工程設(shè)計中虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用

　　2.1模型建立

　　2.1.1三維模型的建立建立三維的實體模型是運用虛擬樣機技術(shù)的基礎(chǔ)和前提，后續(xù)的仿真實驗都要在這個基礎(chǔ)上進行[2]。建立數(shù)字化的三維模型過程極其繁雜，除了對諸如齒輪、扇葉等外形復(fù)雜的零部件進行詳細的細部設(shè)計，還要對各種機械內(nèi)部的每種部件間的相關(guān)驅(qū)動聯(lián)系予以充分考慮，以此為基礎(chǔ)再借助CAD等軟件程序搭建完整的機械系統(tǒng)的虛擬樣機。早期的CAD以二維為主，這種方式的設(shè)計過程復(fù)雜且不容易操控，在生產(chǎn)中不具有優(yōu)勢，科技發(fā)展使得當(dāng)前的三維CAD得到了普遍推廣，機械產(chǎn)品內(nèi)部的每個部件的轉(zhuǎn)動慣量、質(zhì)心位置和搭接的細節(jié)都能得到詳盡的設(shè)計和明確表述，設(shè)計深度和效率都得到了顯著提高，軟件應(yīng)用更加便捷人性化。

　　2.1.2添加約束建成數(shù)字三維模型后，為了規(guī)范和限制物體之間的相對運動，在對各個部件進行連接時要添加適當(dāng)?shù)募s束。添加約束時，要從實際情況出發(fā)注意所添加約束條件的合理性。當(dāng)前，國內(nèi)使用的三維CAD設(shè)計軟件多配有相關(guān)的動力學(xué)插件，通過這些插件對約束關(guān)系和裝配關(guān)系加以映射，可實現(xiàn)對虛擬裝配和添加約束的過程相統(tǒng)一。另一種方式是，借助三維CAD軟件進行預(yù)裝配，繼而在ADAMS運動分析軟件中導(dǎo)入已經(jīng)完成的數(shù)據(jù)模型，通過ADAMS實現(xiàn)對產(chǎn)品運動情況的如實分析[3]。

　　2.1.3對模型施加驅(qū)動通過設(shè)置合理的約束在模型的各零部件之間實現(xiàn)連接，在確定各種機械運用的情況后，對模型施加驅(qū)動力及驅(qū)動轉(zhuǎn)矩，以使模型能夠按照預(yù)先設(shè)計好的運動情況進行運動。

　　2.1.4虛擬樣機仿真驅(qū)動施加完成后，模型已基本建成，已經(jīng)具備仿真模擬的實驗條件。進一步，對產(chǎn)品模型實施模擬仿真的實驗操作，分析計算各項物理指標(biāo)，如速度和加速度、作用力和反作用力以及位移等，為后續(xù)有限元的分析做準(zhǔn)備。

　　2.2有限元分析

　　有限元的分析方法能對機械內(nèi)部各構(gòu)件的強度和運動特性指標(biāo)等進行全面、精準(zhǔn)的分析，其顯著特點是通用性強[4]。另外，有限元的分析方法還能實現(xiàn)對諸如邊界條件和結(jié)構(gòu)形狀等力學(xué)問題的專業(yè)解答，目前在機械設(shè)計中得到了比較廣泛的應(yīng)用。有限元的分析方法運算速度和可靠性都比較高，在虛擬樣機技術(shù)中是不可或缺的設(shè)計工具。

　　2.3優(yōu)化設(shè)計

　　為提高機械使用的工作效率，在對機械模型進行必要的校驗后，還要對其設(shè)計進一步優(yōu)化。目前，國內(nèi)在對機械模型進行優(yōu)化時主要方法包括：在滿足各項機械設(shè)計的條件、變量的變化區(qū)間也適宜的基礎(chǔ)上，通過自動選擇系統(tǒng)來選擇機械模型設(shè)計中涉及的變量;在求解目標(biāo)函數(shù)的最大值時可以通過分析函數(shù)進行計算;通過計算機計算系統(tǒng)改變設(shè)計參數(shù)的變量范圍并加以求解，并可進行多次仿真[5]。特別是在每一次的仿真模擬完成后，要對模型的參數(shù)變量進行多次更改，通過反復(fù)的模擬實驗，求得待求物理量的最優(yōu)解。

　　2.4控制、機械系統(tǒng)聯(lián)合仿真

　　在機械開發(fā)的傳統(tǒng)模式中，機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)不管是在設(shè)計還是測試上都是相互獨立的，二者之間并沒有有效的.互動，從而導(dǎo)致機械設(shè)計的實際效果并不理想。虛擬樣機技術(shù)可將機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)實現(xiàn)一體化控制，將二者進行有效融合和統(tǒng)一，切實解決了傳統(tǒng)的機械開發(fā)中控制效能低下等問題。虛擬樣機技術(shù)中機械和控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真思路具體如下：借助仿真軟件分析三維模型的力學(xué)及動力學(xué)特性，再利用矩陣實驗室等控制軟件加以控制計算。這種設(shè)計思路中，控制軟件將控制命令作用于運動學(xué)的仿真軟件，后者將作用結(jié)果的反饋信息發(fā)送到虛擬的位置傳感器，從而實現(xiàn)對控制系統(tǒng)的有效控制。兩者綜合，機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)合就能順利實現(xiàn)。

　　3例證分析

　　目前，虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用的范圍和領(lǐng)域非常廣，例如船舶加工、武器制造和包裝機械設(shè)計及農(nóng)業(yè)機械設(shè)計等。下面以其在農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中的應(yīng)用為例加以分析。一方面是仿真技術(shù)和多柔體的系統(tǒng)建模相結(jié)合。由于多柔體系統(tǒng)中的動力學(xué)重在研究剛體運動和彈性變形之間的耦合性，所包含的運動形式復(fù)雜多樣，動力學(xué)方面的計算難度大，借助虛擬樣機進行仿真研究是當(dāng)下的一個重點。比如在聯(lián)合收割機的改良實驗中，比較成熟的是對收割機的內(nèi)部各種零件等剛體的建模和仿真技術(shù)，而針對小麥、水稻和玉米等柔體作物進行完整模型的建立以及柔體模型與收割機內(nèi)部各部件的綜合仿真模擬則是研發(fā)的重點和難點。另一方面是協(xié)同仿真技術(shù)，即將各個學(xué)科的模擬仿真工具加以結(jié)合，進而構(gòu)建復(fù)雜多樣的模擬仿真系統(tǒng)，在充分發(fā)揮各模擬仿真系統(tǒng)的單獨作用時，協(xié)調(diào)不同領(lǐng)域的開發(fā)人員進行高效配合，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)的多元化和復(fù)合化。現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機械越來越注重減輕農(nóng)民的操作難度，也越來越注重多種作用的綜合和集中，農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中所涉及的學(xué)科及領(lǐng)域也越來越多、越來越廣，比如，如何把農(nóng)用拖拉機的控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)加以高效綜合的系統(tǒng)模擬仿真一直是技術(shù)研發(fā)的重點。

　　4結(jié)束語

　　綜上，虛擬樣機技術(shù)在長期的研發(fā)和應(yīng)用過程中以其設(shè)計周期短、效率高和產(chǎn)品性能穩(wěn)定等優(yōu)勢在機械工程設(shè)計領(lǐng)域得到了普遍推廣和普及，但仍需進一步完善和改進，從而更好地為機械工程設(shè)計及其他學(xué)科和領(lǐng)域提供更大的便捷和更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　參考文獻

　　[1]盧建湘.虛擬樣機技術(shù)在機械設(shè)計過程中的應(yīng)用[J].赤峰學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015，31(9)：45-47.

　　[2]張鳴，任建平，等.基于虛擬樣機的機械設(shè)計方法[J].機械設(shè)計，2006，19(11)：49-51.

　　[3]彭廣林.機械設(shè)計中虛擬樣機技術(shù)的有效運用[J].科技導(dǎo)向，2011，28(11)：119-120.

　　[4]李杰，閆楚良，等.農(nóng)業(yè)機械設(shè)計中虛擬樣機技術(shù)的應(yīng)用與展望[J].中國農(nóng)業(yè)機械協(xié)會，2013，13(3)：820-821.

　　[5]王剛，楊鶯，劉少軍.虛擬樣機技術(shù)在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用[J].工程機械，2003(8)：11-13.

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