虚拟样机技术论文

下面是小编精心推荐的《虚拟样机技术论文(精选3篇)》，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。摘要：结合机械原理专业基础课的特点，以培养学生综合设计能力为主线，针对机械原理课程教学中教学形式进行改革探索。在机械原理教学过程中引入虚拟样机技术，在课堂教学、实践教学以及实验教学中应用ADAMS软件进行辅助教学，提高教学的直观性，增强学生学习的积极性，培养学生的机构综合设计能力。

第一篇：虚拟样机技术论文

矿山机械中的虚拟样机技术运用分析

摘 要：本文首先针对虚拟样机技术的相关理念进行详细分析，其次，在这一基础上，与实际情况进行有效结合，提出虚拟样机技术在矿山机械中的实际应用效果。

关键词：矿山机械;虚拟样机;技术运用

在当前社会经济不断快速发展的背景下，科学技术不断进步和发展，越来越多的新型技术被广泛应用到实践中，通过对这些技术的实际应用情况进行分析可以看出，在现阶段这些技术的整体应用效果普遍比较良好。同时，在科学技术不断发展的形势下，市场上相互之间的竞争力越来越激烈，企业为了提高其综合势力，就需要提高产品的整体设计质量，在这一基础上，还要对产品的成本投入进行有效控制。这样不仅能够最大限度保证满足现代市场的个性化需求，而且还能够实现企业经济效益的有效增长。其虚拟样机技术在这种背景下被开发和利用，其在研制过程中，会涉及到很多学科，比如机械运动学、动力学等，这些都是该技术在研发和应用时非常重要的环节。因此，本文针对虚拟样机技术的整体应用情况进行分析，特别是其在矿山机械中的应用效果，需要通过实践对其进行研究。

1虚拟样机技术的相关理念分析

虚拟样机技术在当代社会发展过程中，是科学技术不断进步和发展的必然产物。该技术在实际应用过程中，主要是在虚拟样机数字化的基础上，与实际情况进行结合，促使设计效率和质量得到有效提升，可以说是各种不同领域Cax/DFx技术的一种延伸表示方式。虚拟样机技术现阶段已经发展的比较成熟，在各个行业中被广泛应用，特别是在针对一些复杂设计任务的时候，也能够起到良好的应用价值和作用。通过对该技术的实际应用情况进行调查分析和测试研究可以看出，该技术可以代替一些物理样机检测技术。除此之外，由于虚拟样机技术在实际应用过程中，其主要是应用在一些虚拟化的环境当中，所以并不需要一些实质性的硬件给予支持。在应用时，可以直接利用一些技术软件就能够实现其合理应用，比如CAD建模技术、CSCW技术等，通过对这些技术的应用结果和相对应的参数技术分析就可以对设计方案实现不断的优化和完善。这样不仅能够从根本上保证设计成本的有效控制，而且还能够保证设计研发的质量和效率得到有效提升。同时，在该技术的应用中，能够直接将产品的特性、外观等因素全部都纳入到设计当，为矿山机械设计提供了良好的思路。

2矿山机械中虚拟样机技术的实际运用

2.1基本应用情况

在现代社会科学技术不断进步和发展的背景下，越来越多的新型技术被研制和利用，虚拟样机技术就是其中的一种。虚拟样机技术在一些发达国家已经被广泛应用，特别是在一些工业领域中更是如此，比如美国、日本等这些国家，都已经将虚拟样机技术相继应用到和车制造行业、机械加工行业等多个领域当中。其中CATERPILLAR公司在针对虚拟样机技术进行研制和具体操作的时候，将传统物理样机作为基础，在这一基础上，对其进行深入的研发。通过对实际研发情况进行调查分析可以看出，普通的一台机械设备在研发过程中，不仅需要消耗数月时间，而且还需要投入大量资金给予支持。但是该公司在利用了虚拟样机技术之后，不仅提高了其在各种机械设备开发过程中的效率和质量，而且还能够从根本上实现成本的有效控制。

2.2在矿山机械领域中的实际运用

當前在针对矿山各种不同机械设备进行具体操作的时候，通过对实际情况进行调查分析可以看出，这些机械设备大多数情况下，都有很强的依赖性特征。这些机械设备可以直接被应用在矿物的开采和一些富选作业当中，在这种情况下可以将其划分为选矿机械和采矿机械。矿山机械可以说是为矿业的整地发展和建设作出了巨大的贡献。

如果从具体设计的角度出发对其进行分析和研究可以看出，虚拟样机技术在实际应用过程中，该技术本身的规定和协调性能够促使虚拟样机与各个子系统相互之间的运行状态形成良好的互动关系。也就是说，在实践中，该技术可以通过系统的总体技术实现对总体目标的设定，并且将该目标有效的落实到实处。除此之外，可以与建模技术进行有效结合，构建出与实际情况相符和的虚拟样机模型，这样不仅能够实现对其实体直观性的观察和表达，而且还能够直接利用数学的方式对其进行表示。这一环节可以说是矿山机械设计中非常重要的一部分，因此，在针对该部分进行设计和该技术的具体应用过程中，可以利用仿真构建混合模型的方式对其进行建设。这样不仅能够实现结构仿真、系统仿真、控制仿真，而且还能够及时对产品的行为有所了解。在实践中能够对其不断的优化和完善，同时还能够针对模型相互之间的矛盾问题进行有效处理。除此之外，为了能够在实践中提升设计效率，可以对产品数据管理质量和水平进行有效提升，同时将这些数据进行结合，构建成一种可视化虚拟设计平台。在实践中，可以直接利用该平台实现对产品生命周期的描述和认识，这样不仅能够实现对整个过程的有效控制和管理，而且还能够促使经济效益的有效提升。

3结束语

通过对上文中的内容进行分析可以看出，将虚拟样机技术科学合理的应用到矿山机械当中，不仅能够提高设计效率，而且还能够从根本上促使成本投入的有效控制。在保证设计质量的基础上，能够结合实际情况构建相应的虚拟模型，为矿山机械研发效率和设计质量提供有效保障。

参考文献

[1]官鑫.大型矿山机械设备虚拟仿真系统设计与研发[D].辽宁科技大学，2016.

[2]李伟.基于虚拟样机技术的矿用重载减速器故障模拟研究[D].中国矿业大学(北京)，2012.

作者简介

于琦(1995.01—)，性别：男;民族：汉族;籍贯：山东省平度市蓼兰镇小于家村;单位：中国人民解放军陆军军事交通学院;本科在读;研究军事航空指挥方向。

作者：于琦

第二篇：机械原理教学中虚拟样机技术的应用实践

摘要：结合机械原理专业基础课的特点，以培养学生综合设计能力为主线，针对机械原理课程教学中教学形式进行改革探索。在机械原理教学过程中引入虚拟样机技术，在课堂教学、实践教学以及实验教学中应用ADAMS软件进行辅助教学，提高教学的直观性，增强学生学习的积极性，培养学生的机构综合设计能力。

关键词：机械原理;虚拟样机技术;ADAMS;综合能力

作者简介：张伟(1977-)，男，安徽亳州人，湖北汽车工业学院机械工程学院，讲师。(湖北 十堰 442002)

机械原理是高校工科机械类专业的重要基础专业课，是基础课与专业课之间重要的衔接课程，其理论学习与工程实践的联系较为紧密。[1，2]机械原理课程涉及到对一系列先修课程的应用贯通，在机械原理的教学过程中要逐步使学生能够建立从工程应用的角度来理解和应用所学理论知识，培养学生从机构和机器的设计理论学习提升到分析和解决工程实际问题的能力。所以，为满足复合型工程应用人才的培养需要，传统的以理论分析为主线的机械原理教学体系需要进行有意的改革探索，改善机械原理课程各教学环节，有效地调动学生学习积极性和主动性。

一、教学现状分析

机械原理是综合研究机构运动及其整体设计的基础课，涉及到基本理论的学习和初步工程实践的训练。在课堂理论教学过程中涉及到较多的理论分析，以及机械运动方案的设计实现问题。机械原理课程需要对先修课程较好地掌握，例如数学、理论力学、物理学以及机械制图等，在这些基础上，掌握机构的基本概念、运动分析、动力学分析以及典型机构的功能分析。机械原理实践教学中，通过实验和课程设计的实践环节，增加学生对理论的理解和提高工程设计实践能力，最后需要完成复杂功能机构的综合设计。在机械原理教学及实践中，复合型人才的培养对机械原理课程体系提出了新的挑战，因此，机械原理的课程体系理论教学以及实践教学在教学方法、形式等方面的改革势在必行。目前的主要问题有：

第一，课堂理论教学讲解为主，其中理论分析占用了大量时间，学生往往难以跟上进度，导致对课堂教学的兴趣越来越少。

机械原理课程中主要是对机构的研究分析，对于初学者来说机构基本概念、原理的很多描述过于抽象化和理论化，并且学生由于缺乏实践经验学生对机构的分析综合设计的实践性要求与先修课程不能很好衔接，从而导致教学效果较差。

第二，实验动手能力较低。一般实验中，以老师的讲解、示范为主，较难开展学生自主设计的实验，学生的积极性不高。

实验教学任务中，主要是学生建立机构的认识、了解典型机构运动特性以及机构动力学的基本计算机分析。由于受到实验条件限制，大部分实验教学中，不能实现学生对机构进行动手拆装分析，减少了学生对机构理论分析与工程应用中机构分析的认识。

第三，课程设计环节思路有待改进。一是设计题目单一，主要是学生安装题目要求一步步完成典型机构组合的设计;二是设计方法主要是以图解法以及解析法为主，设计过程工作量大，不但不能较好地训练学生的设计能力，反而变为繁重的计算了。课程设计是对整个机械原理教学的总结和升华，应该让学生通过具体的机构综合设计来提高对理论的认识和理解，提高训练学生工程实践能力。

综上所述，对于机械原理的教学，应该整体上把握综合理论教学与综合设计。让学生能理论学习与实践紧密结合一起，直观有效地实现对机构的运动学、动力学分析以及机构综合性能的分析是目前机械原理教学中的主要问题。

二、虚拟样机技术

随着计算机技术的发展，数字模型即虚拟样机(Virtual Prototype)[3]技术迅速发展，并逐步形成一项应用广泛的计算机辅助工程(CAE)技术。虚拟样机通过计算机技术实现对实物的数字化处理，实现对实际物理模型的数字化建模，建立对应的虚拟样机，并对其进行分析。虚拟样机技术能够快速便捷地实现机械原理教学中对机构运动学和动力学的分析，并能快速实现机构综合设计。采用虚拟样机技术，可以在计算机上快速建立机械系统的可视化模型，仿真现实环境下机械系统的运动学和动力学特性，并根据仿真分析结果对整个机械系统进行优化改进，获得最优设计方案。

目前，较为成熟的商用虚拟样机相关技术软件主要有美国MSC公司的软件产品ADAMS，以及ANSYS公司的RecurDyn，其中以ADAMS应用较为广泛。该类软件可以对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，并且方便快捷地可视化输出位移、速度、加速度和反作用力曲线等。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，ADAMS已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。

应用ADAMS进行创建和测试模型，一般分以下七个步骤：第一，创建一个机械系统模型，其中包括运动件、运动副、柔性连接和作用力等;第二，测试所建模型，模拟仿真模型在实际操作过程中的动作;第三，比较验证，分析比较模拟仿真结果与物理样机试验数据，验证所设计的方案;第四，进一步细化虚拟样机模型，提高仿真测试数据与物理样机试验数据一致性;第五，深化设计，评估系统模型针对不同的设计变量的灵敏度;第六，优化设计方案，找到能够获得最佳性能的最优化设计组合;第七，自动化设计步骤，以便迅速地测试不同的设计可选方案。

ADMAS软件具有较好的用户应用界面以及良好的帮助文档，从机械原理教学应用出发，学生可以很快上手进行简单的机构设计和分析。

三、机械原理教学中应用虚拟样机技术

采用ADAMS软件可快速方便地实现物理样机的参数化的机构模型建模，针对模型对不同的设计方案进行仿真分析，并能够以曲线图和动画显示的方式形象地展示结果，使机构分析中的运动学、动力学问题得以简单化、直观化，并能够获得较为精确的分析结果。ADAMS引入机械原理教学过程中，主要体现在三个部分。

1.ADAMS辅助课堂教学增强学生对基本理论的理解

在具体的教学实践中引入ADAMS软件的学习，主要是在理论教学中穿插介绍基本的ADAMS入门知识。一般可以安排在机构、运动副等基本概念教学后进行ADAMS的基本操作讲解。同时结合机械原理实验教学，对常用典型机构如四杆机构、凸轮机构和齿轮机构等进行建模仿真分析，得到不同参数的机构运动动画以及相应的运动学和动力学分析结果曲线图等仿真结果。随着理论学习的深入，鼓励学生参照作业练习ADAMS建模分析，逐渐提高软件应用的能力。

ADAMS软件能很好的解释一些机械原理中的抽象概念，例如运动副、自由度等，可以在ADAMS建模过程中分析这些概念。

2.实验中加强ADAMS的应用

实验是进一步提高学生对理论知识理解的重要手段。老师在进行基本机构讲解时，强调对典型机构的认识，并要求学生自己进行建模和分析，并与实验进行对比分析。

在实验教学实践中，实验室除了典型机构的拆装，也鼓励学生对身边常见机构进行拆装，例如补鞋机、螺旋千斤顶等，并采用ADAMS进行建模分析，增强学生动手能力。对能较强的学生，鼓励其进行复杂综合结构的建模分析。

通过实验加强学生对机构的认识与理解，同时逐步提高学生ADAMS应用能力，激发学生的好奇心和自主学习的积极性，培养学生创新设计的能力。

3.采用ADAMS辅助机械原理课程设计

机械原理课程设计是检验学生理论知识与工程实践能力的重要环节。[4，5]传统的课程设计主要采用图解法和解析法对机构进行综合设计以及运动学和动力学分析。受制于传统设计分析方法，课程设计中的机构都是实现简单的动作的典型机构的串联组合，学生进行设计的过程主要是花费大量的时间和精力采用图解法和解析法进行理论分析和设计，很难体现学生对机构设计的创新意识。

通过在课堂教学和实验教学中对学生ADAMS应用的要求，学生在机械原理课程设计阶段基本具备了应用ADAMS进行简单建模和分析的能力。由于虚拟样机技术的建模快捷和功能强大，应用ADAMS进行机构综合设计，使学生更多地专注于机构的功能实现方面的设计，并能快速比较不同设计方案，可以充分开发学生机构创新设计思维。因此，在机械原理课程设计的实践中，设计方案不再局限于传统的机构组合设计。学生可以自己提出方案并由老师把关确定设计难度是否可行，充分调动学生的积极性。

通过近几年的教学实践来看，学生对ADAMS软件的学习应用能力较强，能够结合其他三维设计软件如Solidworks、Catia、UG等来实现稍微复杂组合机构的设计分析。

四、结论

在机械原理教学过程中，将虚拟样机技术应用到机械原理课堂教学环节、实践环节以及实验中能够较好地改善教学效果，有效提高学生课堂学习的积极性，能够积极激发学生的创新思维。通过机械原理课程设计实践教学进一步地练习，多数学生能够对所学理论有着进一步的理解，并能够较好将理论与工程设计实践结合起来。同样，在机械原理课程的教学过程中，虚拟样机技术的引进对老师的工作能力也提出了更高的要求。

参考文献：

[1]姚智华，易勇，陈丰，等.应用型本科院校机械原理课程改革与实践[J].安徽工业大学学报(社会科学版)，2013，(1)：98-99.

[2]孙翔，张融，鲁兵，等.基于《机械原理》与《机械设计》的学习与研究[J].成功(教育)，2013，(8)：132-133.

[3]郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京：北京航空航天出版社，2008.

[4]万朝燕，雷蕾，刘彦奎，等.《机械原理课程设计》改革的探索与实践[J].教育教学论坛，2013，(2)：213-214.

[5]顾文斌，王怡，庄曙东.基于卓越工程师计划的“机械原理”课程改革与创新[J].中国电力教育，2013，(16)：100-101.

(责任编辑：王意琴)

作者：张伟

第三篇：浅谈虚拟样机技术在农业机械设计上的应用

【摘要】随着我国科技的飞速发展，农业机械变得越发复杂与精密，导致农业机械设计变得越来越困难，往往需要投入大量的财力与人力，这无疑会消耗大量的资源。因此，如何提高农业机械设计的准确度与精密度对于设计人员而言是非常重要的。虚拟样机的出现很好地解决了这一问题，使用虚拟样机技术来设计农业机械不仅可以大大地减少设计的时间，而且在设计时能够及时地修改设计中的错误，这在很大程度上节约了设计成本。本文将通过研究虚拟样机技术的相关概念，使虚拟样机技术能够更好地运用在农业机械设计上。

【关键词】虚拟样机;技术发展;农业;机械设计;应用

虚拟样机技术是指通过使用计算机技术，在没有建造物理样机的时候建立数字化的机械模型系统，并使用仿真分析方式，将该系统模型在实际运作中的特性以图形的形式显示出来，从而寻找出最佳的机械设计方案。将其应用到农业机械设计中，有利于提高机械设计的效率。

1虚拟样机技术在农业机械设计上应用的意义

传统的农业机械设计中往往需要经历多个步骤，如再试验、设计的改进、田间的試验、试制样机等。而设计师在设计的时侯更多的是以自己的设计经验进行设计，具体的设计参数也通常靠经验来确定，这样设计出来的产品对提高其质量起到了严重的阻碍作用。而且我国的农作物和农业用地的地形也具有多样性的特点，以及对机械的要求也具有差异性，所以研制的农业机械也应当具有针对性，结合作物的实际需求进行设计。而在试制的时候由于受季节和气候等因素的影响，将会造成设计周期的延长。随着社会的进步，传统的设计难以满足新时期的需求，在虚拟样机技术应用到农业机械设计中之后，不但能够模拟农业机械的功能、结构，还能够及时发现设计阶段出现的样机缺陷，然后做出相应的改进，有效地在设计之初完善机械设计方案。另外，虚拟样机技术还实现了同步进行设计工作和完善工作的目标，对优化设计方案、做出前瞻性的决策发挥了重要作用。另外，还有利于节约机械原材料，促进机械设计成本的降低。

通常设计农业机械产品时，大多数根据经验来设计，确定设计参数也通常用设计经验，这非常不利于企业的发展与创新。并且由于我国农业用地地理形势、农作物适应形势等方面具有广泛的多样性，由此导致机械设计也存在差异性。在农业机械设计中应用虚拟样机技术后，虚拟样机技术不但能够对于机械产品的结构、外形与功能进行模拟，其还能将设备的基础设计与初始方案做出相应的完善。另外，虚拟样机技术还做到了有效地降低机械设计产品重量，从而降低企业生产成本。

2虚拟样机技术在农业机械设计上的具体应用

虚拟样机技术在农业机械设计中的应用主要是利用ADAMS仿真方法，或是其他软件结合ADAMS进行仿真分析农业机械，以此来提高农业机械设计的质量和效率。虚拟样机技术是一种在计算机上操作的技术，在物理样机还没有建立之前，通过计算机技术，建立一个虚拟的数字化机械模型。之后，再通过计算机仿真技术的应用，分析虚拟模型，最后通过图形的形式将虚拟系统模型在软件上显示出来。并将其应用在机械产品设计中，做到降低企业生产成本，提高企业设计效率的作用。在农业机械设计中，虚拟样机技术主要是利用ADAMS软件进行仿真技术。或者将其与其他软件进行结合利用的方式进行分析。做到强化农业机械产品设计，节约企业设计成本，提高设计效率。

2.1ADAMS在农业机械设计中的应用

这种方法主要是将虚拟样机的模型建立在ADAMS中，然后再仿真分析样机的功能等。其优势在于可以无缝连接数据，但也存在较弱的建模功能的不足之处。较为复杂的、大型的模型很难建立起来。例如在设计农用运输车的时候，基于原有的多体动力学模型，使用ADAMS仿真分析其平顺性，对完善其性能发挥了重要作用;在建造稻麦联合收割机模型的时候使用ADAMS中的仿真软件，优化了该模型的结构;在使用ADAMS仿真建立收割机结构的模型时，还仿真设计了割刀的运动，仿真之后得出的结果也比较合理，仿真设计的准确性较高，对机械设计具有极大的帮助。传统的农业机械设计通常是在设计人员将图样设计出来之后，而将虚拟样机技术应用于农业机械设计之中，可在物理样机建立之前，通过计算机技术的运用，建立农业机械系统相关的数学模型，并从具体的农业活动以及客户相关要求与需求出发，对这一数学模型进行方针分析，并进行不断的修改与完善设计，从而实现农业机械设计效果的最佳化。

2.2结构分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用

由于ADAMS的结构分析能力相对较弱，而且刚体是ADAMS主要的分析对象。因此，为了有效地分析柔性体，在仿真的时候就需要结合相关的结构分析软件。如ANSYS有限元分析软件结合ADAMS，建立了水稻钵苗模型、水稻移栽机模型，比较物理试验的结果与仿真结果，验证模型的可行性，从而设计出质量更优的产品;这2个软件结合还仿真建立了耕整机的样机模型，并在实际测量具体的尺寸之后，研究耕整机的实际震动原理，从而根据其性能设计符合农业实际需求的耕整机;另外使用ADAMS与ANSYS结合建模，还需要分析具体的作物特性，如基于了解了甘蔗的物理性能之后，先使用ANSYS将其数字模型建立起来，然后在虚拟样机ADAMS引人数字模型，构建工作对象甘蔗与虚拟样机之间的联系，使收获机作用于甘蔗，并对机器的具体工作过程进行精确的描述。

2.3控制系统分析软件结合ADAMS在农业机械设计中的应用

现代机械设计的主要发展方向是结合控制系统与机械系统，能够促进机械结构自身复杂性的降低，利用结合的控制系统可实现以往不能完成的复杂运动。同时还能促进结构运动，增强可靠性、精度。如在研究弹性轴轴承系统的时候使用Matlab结合ADAMS的方法，仿真分析其受到径向正弦载荷作用之后，所呈现出的动力学的具体特征;在研究马铃薯联合收获机的特性时，可以先仿真收获机输送臂的液压模块、机械模型，仿真的时候主要使用的是ADAMS，然后在Simulink中构件其控制模型，最终结合Mat lab与ADAMS集成仿真系统的模型。在分析系统模型之后，就可以实现仿真分析输送臂工作原理的目的。

3结语

总之，通过对虚拟样机技术在农业机械设计中的应用的研究，可以了解目前农业机械设计存在的不足，将虚拟样机技术广泛应用到农业机械设计中可以有效解决其不足，还能够满足现代化农业机械设计的需求，从而提高机械设计的质量，促进农业机械的发展。

参考文献：

[1]牛犇.虚拟样机技术在农业机械设计上的应用和发展初探[J].科技资讯，2013(31)：58，60.

[2]徐金苏，虚拟样机技术在农业机械领域中的应用分析[J].中国科技信息，2011(8)：100.

[3]董镜维.工程机械领域中虚拟样机技术的应用[J].工程技术(引文版)，2015(19)：255.

作者简介：

潘新，男，广西省北海市，本科在读，研究方向：机械。

李远权，男，贵州省遵义市，本科在读，研究方向：机械。

(作者单位：辽东学院化工与机械学院)

作者：潘新 李远权