【机械基础】机械运动仿真和有限元分析技术概念

机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术基础山的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。机械运动仿真的过程如图：

通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等还可以及时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。因此，机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以及教学等领域都得到了非常广泛的应用。

机械系统的运动仿真可以采用VB、OpenGL、3D max、VC等语言编程实现，也可以使用具有运动仿真功能的机械设计软件(如ADMAS、Pro/E、FELAC等)实现，而且，随着计算机软件功能的不断强大和完善，用软件进行运动仿真是一种省时、省力而用高效的方法，也是机械运动仿真发展趋势。

有限元分析技术，即CAE(Computer Aided Engineering)，即计算机辅助工程。它是计算机仿真技术的一大分支，是通过计算机程序建立仿真数学物理模型，并对其进行求解的技术。CAE的覆盖范围很广，比如将教科书上的一个公式通过计算机编程后进行重复计算的简单过程，就属于CAE的范畴。在这里，我们通常所说的CAE是指工业级的CAE，即通过一系列的工具和求解器对工程结构进行数值仿真的技术。

CAE出现和发展的三大条件：数值分析方法;计算机仿真分析软件，计算机硬件。上个世纪四十年代，第一台计算机问世，同时也拉开了CAE的序幕。到了上世纪五十年代末、六十年代初，有限元法被提出。在很长一段时间内，由于文化上的阻力和自身能力的限制，CAE技术在工程领域一直出于配角的位置，不能完全被人们接受。直到上世纪八、九十年代，随着电子计算机的日益普及和数值分析在工程中的作用日益增长，以及许多优秀的大型的商业化CAE软件的不断涌现和走向成熟，CAE技术衍生出许多分支并成为工程分析中必不可少的工具。

有限元分析方法的分类在机械系统计算机辅助工程即MCAE领域内，根据数值分析求解机理和求解问题范围不同，常用的CAE技术有：

有限元分析(FEA)技术;(固体力学范畴)计算流体动力学(CFD)分析技术;(流体力学范畴)刚体动力学分析(RBA)技术

机构运动分析模块是一个集运动仿真和机构分析于一身的功能强大的模块。利用该模块，当各个零部件通过装配模块组装成一个完整的机构以后，设计师就可以在直接启动机构运动分析模块，根据设计意图定义机构中的连接、设置伺服电机，然后运行机构分析，观察机构的整体运动轨迹和各零件之间的相对运动，以检测机械的干涉情况。而且，利用该模块，设计师还可以进行各种的测量工作，并把分析结果保存成影片的形式。

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