SimulationX精解與實(shí)例多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真

前言

2008的金融危機(jī)再一次證明技術(shù)創(chuàng)新是企業(yè)應(yīng)對(duì)金融危機(jī)最有效的手段。技術(shù)創(chuàng)新對(duì)于我國(guó)制造業(yè)意味著企業(yè)研發(fā)信息化，目前以CAD為主導(dǎo)的產(chǎn)品研發(fā)信息化重幾何結(jié)構(gòu)、輕性能設(shè)計(jì)，強(qiáng)信息集成、弱模型集成，缺乏系統(tǒng)綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，造成制造企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)方面核心能力的缺失。尤其在復(fù)雜產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為核心的PDM／PLM系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理，而對(duì)CAE協(xié)同分析仿真過(guò)程的支撐相對(duì)較弱，不能有效支撐復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)仿真過(guò)程中數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)、資源及過(guò)程的統(tǒng)一管理。復(fù)雜高性能機(jī)電系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)在理論、方法和技術(shù)手段三個(gè)層面提出了新的挑戰(zhàn)。對(duì)象的本構(gòu)多域性及復(fù)雜性用現(xiàn)有的單領(lǐng)域工具無(wú)法解決，這就需要一種以知識(shí)可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)為模式的復(fù)雜產(chǎn)品建模、分析、仿真、優(yōu)化一體化的設(shè)計(jì)技術(shù)，即機(jī)、電、液、控、熱一體化設(shè)計(jì)的多學(xué)科設(shè)計(jì)技術(shù)。歐美于1996年開(kāi)始有針對(duì)性地開(kāi)展了多領(lǐng)域物理建模與分析，提出了具有普適性、可拓展的多領(lǐng)域物理建模語(yǔ)言Modelica，并成立了開(kāi)放的國(guó)際Modelica合作組織，旨在為新一代復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法與技術(shù)提供模型知識(shí)的表達(dá)、計(jì)算的規(guī)范。Modelica被認(rèn)為是IT技術(shù)與工業(yè)領(lǐng)域具有里程碑意義的基礎(chǔ)創(chuàng)新，近年來(lái)該技術(shù)在一批重要行業(yè)典型產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中得到成功應(yīng)用，得到國(guó)際研究機(jī)構(gòu)及工業(yè)界的認(rèn)同，發(fā)展迅猛。2006年6月法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)宣布以Modelica為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施“knowledge inside”，國(guó)外許多重要企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)已宣布以Modelica為模型表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，如歐共體組織ITEA2項(xiàng)目。目前Modelica已成熟地應(yīng)用在于航空航天、汽車和工程機(jī)械等領(lǐng)域。該類仿真軟件的代表為德國(guó)ITI公司的SimulationX。

內(nèi)容概要

本書以SimulationX軟件作為研究平臺(tái)，全面講述了多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真技術(shù)的基本原理、建模方法和計(jì)算分析。本書主要講述了SimulationX的宋裝和使用介系統(tǒng)建模的基本原理和方法、仿真計(jì)算類型和數(shù)據(jù)后處理方法，并結(jié)合實(shí)例，由淺人深，通過(guò)一步一步圖文并茂的闡述，最后能利用SimulationX來(lái)完成各種工程系統(tǒng)的多學(xué)科復(fù)雜，建模和分析。第8章列舉了SimulationX在典型工程領(lǐng)域的汝用案例，既有詳細(xì)的建模流程，又有對(duì)仿真結(jié)果的分析說(shuō)明，涉及了機(jī)械、液壓、電、磁和熱等物理領(lǐng)域，具有較高的專業(yè)理論水平和工程應(yīng)用價(jià)值。    本書面向高等院校工程專業(yè)的本科生和研究生，以及SimulationX的初學(xué)者。對(duì)于從事多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的廣大科技工作者和工程技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本書亦可作為入門性教材。

書籍目錄

序(一)序(二)前言第1章 多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真技術(shù)概述  1.1 MATLAB/Simulink  1.2 AMESim  1.3 SimulationX第2章 多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件SimulationX概述  2.1 開(kāi)發(fā)理念  2.2 軟件模塊  2.3 建模方式  2.4 分析功能  2.5 版本類型第3章 如何使用SimulationX  3.1 運(yùn)行SimulationX模型實(shí)例    3.1.1 打開(kāi)模型文件    3.1.2 修改參數(shù)    3.1.3 運(yùn)行仿真  3.2 創(chuàng)建模型    3.2.1 選擇元件    3.2.2 連接元件    3.2.3 輸入?yún)?shù)    3.2.4 時(shí)域的瞬態(tài)仿真    3.2.3 顯示結(jié)果    3.2.6 頻域的穩(wěn)態(tài)仿真  3.3 ITI SimulationX對(duì)不同種類系統(tǒng)的建模與分析第4章 圖形用戶界面(GUI)  4.1 概述    4.1.1 工具窗口    4.1.2 文檔窗口  4.2 軟件的使用    4.2.1 菜單欄和工具欄    4.2.2 學(xué)科庫(kù)    4.2.3 結(jié)構(gòu)視圖和3D視圖    4.2.4 模型瀏覽器    4.2.5 輸出區(qū)    4.2.6 任務(wù)欄    4.2.7 結(jié)果窗口管理器第5章 系統(tǒng)建模的基本原理  5.1 三種建模方式    5.1.1 面向物理對(duì)象的建模    5.1.2 面向信號(hào)的建模    5.1.3 基于方程和算法的建模  5.2 創(chuàng)建模型    5.2.1 SimulationX的用戶界面    5.2.2 單元類型和學(xué)科庫(kù)    5.2.3 模型的創(chuàng)建和修改  5.3 參數(shù)和結(jié)果    5.3.1 屬性窗口    5.3.2 參數(shù)    5.3.3 初始值    5.3.4 結(jié)果變量    5.3.5 全局參數(shù)  5.4 特殊主題    5.4.1 特征曲線和特征圖    5.4.2 3D視圖    5.4.3 特殊模型構(gòu)件第6章 計(jì)算分析  6.1 時(shí)域內(nèi)的瞬態(tài)仿真    6.1.1 仿真設(shè)置    6.1.2 時(shí)域內(nèi)的計(jì)算流程    6.1.3 可選用的求解器    6.1.4 性能分析器    6.1.5 結(jié)果的動(dòng)畫顯示  6.2 頻域內(nèi)的穩(wěn)態(tài)仿真    6.2.1 穩(wěn)態(tài)仿真基礎(chǔ)    6.2.2 穩(wěn)態(tài)仿真的屬性對(duì)話框    6.2.3 屬性對(duì)話框中的System頁(yè)面    6.2.4 屬性對(duì)話框中的Method頁(yè)面    6.2.5 穩(wěn)態(tài)仿真的結(jié)果窗口  6.3 穩(wěn)態(tài)(靜態(tài))平衡計(jì)算  6.4 線性系統(tǒng)分析    6.4.1 固有頻率和模態(tài)分析    6.4.2 輸入-輸出分析  6.5 變量分析    6.5.1 應(yīng)用場(chǎng)合    6.5.2 準(zhǔn)備    6.5.3 變量向?qū)?   6.5.4 變量計(jì)算過(guò)程中觀察計(jì)算結(jié)果  6.6 階次分析    6.6.1 功能描述    6.6.2 操作  6.7 常見(jiàn)問(wèn)題及其處理    6.7.1 常見(jiàn)的建模問(wèn)題    6.7.2 解決策略    6.7.3 仿真參數(shù)設(shè)置技巧第7章 結(jié)果分析、文檔和設(shè)置  7.1 概述  7.2 實(shí)時(shí)顯示    7.2.1 打開(kāi)實(shí)時(shí)顯示    7.2.2 與結(jié)果變量捆綁連接    7.2.3 其他設(shè)置    7.2.4.備注  7.3 結(jié)果窗口    7.3.1 打開(kāi)結(jié)果窗口    7.3.2 操作    7.3.3 拖曳結(jié)果    7.3.4 設(shè)置    7.3.5 圖表類型    7.3.6 特殊功能  7.4 打印    7.4.1 打印預(yù)覽    7.4.2 用戶自定義打印  7.5 Office接口、導(dǎo)入/導(dǎo)出  7.6 通用設(shè)置    7.6.1 一般設(shè)置    7.6.2 學(xué)科庫(kù)和附加庫(kù)    7.6.3 路徑    7.6.4 存儲(chǔ)    7.6.5 流體    7.6.6 標(biāo)簽    7.6.7 語(yǔ)言    7.6.8 許可    7.6.9 軟件的用戶化第8章 典型工程領(lǐng)域的應(yīng)用案例  8.1 案例1：動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和整車    8.1.1 發(fā)動(dòng)機(jī)模型    8.1.2 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模型  8.2 案例2：變速器的噪聲分析    8.2.1 Ⅰ類噪聲的仿真    8.2.2 Ⅱ類噪聲的仿真  8.3 案例3：液壓伺服驅(qū)動(dòng)器  8.4 案例4：兩相熱交換器    8.4.1 開(kāi)環(huán)系統(tǒng)    8.4.2 測(cè)試模型  8.5 案例5：多體動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)仿真    8.5.1 機(jī)器人MBS模型    8.5.2 創(chuàng)建步驟    8.5.3 仿真結(jié)果  8.6 案例6：電液換向閥    8.6.1 電子控制回路    8.6.2 電磁鐵控制回路    8.6.3 先導(dǎo)閥    8.6.4 主閥    8.6.5 測(cè)試模型    8.6.6 仿真結(jié)果  8.7 案例7：電子電路系統(tǒng)    8.7.1 DC-DC轉(zhuǎn)換器    8.7.2 CMOS開(kāi)關(guān)  8.8 案例8：工業(yè)電磁閥    8.8.1 電磁閥模型一    8.8.2 電磁閥模型二附錄 安裝和啟動(dòng)SimulationX

章節(jié)摘錄

插圖：工程中的復(fù)雜系統(tǒng)，往往涉及多門交叉學(xué)科，包括機(jī)、電、液壓、電磁和熱等，例如，航空航天的機(jī)電液氣系統(tǒng)、機(jī)器人及控制系統(tǒng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛各系統(tǒng)、電液驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等。只有根據(jù)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，從系統(tǒng)的角度優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)零部件，才能設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的系統(tǒng)，滿足日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和愈加苛刻的技術(shù)要求，增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力。由于機(jī)、電、液、氣控制系統(tǒng)的非線性以及研制過(guò)程耗時(shí)和耗資巨大，運(yùn)用仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)手段成為首選。對(duì)技術(shù)與功能相互關(guān)系的仿真是一種有理論依據(jù)地預(yù)測(cè)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目過(guò)程與結(jié)果的有效方法。由于時(shí)間和成本原因，已經(jīng)不再會(huì)使用早期的“試用一糾錯(cuò)”模式，而是通過(guò)高品質(zhì)的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)作出決定。使用傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法將很快遇到效能和可行性的瓶頸，而多域性系統(tǒng)的理念、物理子系統(tǒng)之間的不斷增加的復(fù)雜性和多樣性的相互作用，使得對(duì)整體工程系統(tǒng)的全面綜合分析變得非常必要。多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真技術(shù)就是在這種需求背景下發(fā)展起來(lái)的一門新型計(jì)算機(jī)輔助分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。運(yùn)用該技術(shù)，可以幫助工程設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中分析和預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)，降低開(kāi)發(fā)成本和縮短開(kāi)發(fā)周期，分析和優(yōu)化現(xiàn)有系統(tǒng)，從而最終協(xié)助開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出擁有自主產(chǎn)權(quán)的工業(yè)產(chǎn)品。

編輯推薦

《Simulation X精解與實(shí)例:多學(xué)科領(lǐng)域系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真》是由機(jī)械工業(yè)出版社出版的。

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