电磁阀的数字样机技术研究及性能仿真

发布时间：2017-08-02 04:08

  本文关键词：电磁阀的数字样机技术研究及性能仿真

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【摘要】：电磁阀是工业流程中的重要部件，应用极其广泛，例如一颗卫星中不同用途、不同型号和尺寸各异的电磁阀少则几个、多则几十个，如果对这些结构相仿、尺寸有别的电磁阀采用传统手工设计方式，不仅开发效率低，也会因为各种人为因素导致电磁阀性能和安全性等很难一次设计就能满足航天应用的要求。 数字化设计技术是在构建首台物理样机之前，设计者利用计算机技术建立的数字化模型，进行仿真分析并以图形方式显示该系统在真实工程条件下的各种特性，从而修改并得到优化设计方案的技术，它是在CAD/CAM/CAE技术和一般虚拟样机技术基础上发展起来的。三维建模和性能仿真是数字化技术的主要功能，三维建模可以将电磁阀实物模型数字化，使设计人员能够轻松的观察和设计电磁阀的内部结构和整体效果，而性能仿真则是利用三维建模建立好的数字化模型进行各项性能的仿真计算，使设计开发人员能够在给电磁阀做真实的实验测试之前对电磁阀的性能有一个大致的判断和预估。数字化样机技术侧重系统层的性能分析与优化设计，通过虚拟试验精确快捷地预测产品系统性能，达到降低成本、提高开发效率和产品安全性的目的，并正在国民生产中日益显示出其强大的功能和良好的经济效益。 目前，文献发表的数字样机技术着重于物理模型的数字化和手工操控仿真，仅是将需要应用的软件进行了整合，虽然方便了用户调用程序，但计算仍需要人为设置各种软件的参数和网格划分等，没有体现出数字样机本质优势，并且，这样的数字样机也还未应用到电磁阀的设计和开发中。 为了提高电磁阀设计开发效率及其安全性，并最大限度地实现数字样机的优势，本文基于Visual C++语言，结合多种性能仿真软件开发了新型数字样机，实现了建模和性能仿真等所有过程全部无需用户参与的全自动化，以及结构参数自动优化，并通过实验验证了该数字样机的可靠性。主要研究内容如下： （1）三维参数化建模和性能自动仿真：新型数字样机之所以能够大幅度提高电磁阀设计开发效率的关键原因就在于通过二次开发实现参数化建模和自动化性能仿真。本文重点研究了实现二次开发的机理和过程，对三维建模软件Pro/E、流动仿真软件Fluent、电磁仿真软件Maxwell和结构仿真软件Ansys进行二次开发，使它们具备参数化运行和后台自动调用计算的功能。 （2）性能仿真：对电磁阀设计开发中所涉及的性能仿真进行了研究和探讨，，主要有三个方面：考察流动阻力情况的流动仿真、考察电磁分布的电磁仿真和考察结构强度的结构性能仿真。 （3）结构参数优化：基本工程计算和建模后的电磁阀数字模型只能满足基本的工程要求，如果对其结构尺寸进行一定的优化设计可以进一步提升电磁阀的工作性能，使其具有更好的经济效益。本文以电磁阀体积作为最终的优化目标，运用网格节点搜索法对电磁阀尺寸进行优化，并给出优化前后性能仿真结果对比，以此来验证优化后电磁阀数字模型的优越性。 （4）数字样机的建立：本文采用Visual C++6.0语言进行新型数字样机的建立。新型数字样机整合了各种商用软件，并结合Fortran语言对电磁阀结构尺寸数据进行计算和优化，操作实用友好。 （5）实验验证：为了说明电磁阀数字样机的可靠性，依照数字样机所设计出的结构数据对电磁阀实物产品进行了加工，并对其进行了实验测试。用记录的实验数据和性能仿真结果进行对比验证后发现，性能仿真结果和实验结果的误差在工程可接受的范围内，由此说明电磁阀数字样机的可靠性。
【关键词】：电磁阀 数字样机 性能仿真 参数化建模 优化 二次开发
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134;TP391.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 数字样机研究现状12-14
• 1.2.2 电磁阀设计过程现状14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 数字样机建立的理论基础17-32
• 2.1 电磁阀设计基础17-22
• 2.1.1 电磁阀的主要设计参数和工作参数17
• 2.1.2 电磁阀的设计计算主要步骤17-18
• 2.1.3 电磁阀设计的初步计算18-22
• 2.2 数字样机主要功能的实现机理22-27
• 2.2.1 参数化执行模块的实现原理及过程22-23
• 2.2.2 数据读写模块的实现原理及过程23-24
• 2.2.3 软件后台调用操控的实现原理及过程24-27
• 2.3 优化理论27-31
• 2.3.1 优化设计准则27
• 2.3.2 数学模型的建立27-30
• 2.3.3 优化方法30-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 电磁阀三维参数化建模及性能仿真32-46
• 3.1 三维模型的建立32-34
• 3.1.1 结构尺寸计算32-33
• 3.1.2 数字模型的建立33-34
• 3.2 性能仿真模拟34-41
• 3.2.1 流动性能仿真34-37
• 3.2.2 电磁性能仿真37-40
• 3.2.3 结构性能仿真40-41
• 3.3 优化模块设计41-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 数字样机的设计及实现46-56
• 4.1 平台总体布局设计和功能设计46-49
• 4.1.1 平台总体布局设计47
• 4.1.2 平台总体功能设计47-49
• 4.2 各项基本功能模块的设计和实现49-54
• 4.2.1 基本工程计算49
• 4.2.2 三维参数化建模49-50
• 4.2.3 流场仿真50-51
• 4.2.4 电磁仿真51-53
• 4.2.5 结构仿真53
• 4.2.6 尺寸优化53-54
• 4.2.7 二维工程图纸输出54
• 4.2.8 帮助54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 实验检测及验证56-63
• 5.1 实验系统简介56-60
• 5.1.1 电性能测试56-59
• 5.1.2 流动阻力测试59-60
• 5.1.3 气密性测试60
• 5.1.4 其他性能测试60
• 5.2 实验结果及对比分析60-62
• 5.2.1 流场结果验证62
• 5.2.2 电磁场结果验证62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 主要结论与展望63-65
• 6.1 主要结论63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-69
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文和软件著作权69-72
• 附件72

【参考文献】

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本文编号：607535