多学科仿真模型集成与行为同步方法及其在盾构装备中的应用

发布时间：2020-10-22 05:30

　　 现代装备大多是复杂的多学科耦合作用系统,其设计和制造涉及机械、电子、液压、土木、控制等多个领域,作业环境也十分复杂且多变,受到应力场、温度场、渗电磁场、流场等多场耦合作用。上述特点决定了复杂装备设计研发需要漫长的周期和巨大的费用,采用虚拟样机仿真技术可以减少物理样机制作次数,大大缩短开发周期和降低开发成本。同时,多场耦合的影响导致对单一学科的仿真验证无法准确地反映真实的系统作用机理,设计中往往需要对装备各子系统涉及的多个学科仿真进行集成。 本文主要研究了复杂装备多学科仿真集成中的模型集成、非匹配网格参数传递和仿真行为的驱动与同步等问题,并在此基础上开发了复杂装备多学科仿真集成平台中的模型集成和行为同步模块,研究成果在盾构装备的仿真集成中得到应用。 全文组织结构如下： 第一章主要介绍了复杂装备多学科仿真集成中的若干关键技术,介绍了这些技术的研究历史及应用发展现状,讨论了目前存在的问题,给出了本课题的研究意义与研究内容。 第二章研究了基于层信息关联的复杂装备多学科仿真模型集成方法。针对目前的模型描述方法只适用于单一应用的现状,提出了分层信息关联的仿真模型描述方法,并以动力学模型和有限元模型为例,给出了层间信息关联的流程,实现模型的统一构建和边界条件的一致,针对盾构装备提出了各学科仿真之间的参数传递路径,基于此开发了复杂装备多学科仿真模型集成管理系统,以全断面大型掘进装备为例构建和集成了相关子系统的仿真模型。 第三章研究了基于紧支径向基函数的非匹配网格载荷传递方法。非匹配网格的载荷传递是进行多场耦合分析的关键,借鉴了界面单元法的界面单元构造思想,并在其基础上引入紧支径向基函数插值法,同时针对有限元法的特点对插值距离进行了基于拓扑的改进,提出了新的载荷传递方法,并将算法应用到盾构刀盘和土体相互作用过程的分析中,对不同地质中刀盘的应力分布以及土体被切削的过程进行了仿真,对算法进行了验证。 第四章研究了基于参数驱动的复杂装备多学科仿真行为同步方法。首先根据仿真特点对装备的仿真行为进行了分类并分别阐述了各类行为的定义方法,然后重点介绍了参数引擎,提出了基于参数的仿真行为驱动和通过插值的异构仿真不长同步方法,最后通过盾构装备掘进过程中土体变形仿真的实例验证了该仿真行为同步方法的有效性。 第五章介绍了复杂装备仿真集成平台的平台界面和核心功能模块,展示了平台模型集成模块的CAD、CAE数据导入和转换,特征元素编辑等功能,以及行为同步模块的行为编辑、驱动和同步等功能,并给出了在盾构掘进过程运动仿真和刀盘系统仿真集成中的应用实例。 第六章总结了论文的主要研究内容和研究成果,指出了需要改善的地方和今后研究工作的方向。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2012
【中图分类】：E075;TP391.9
【部分图文】：

计算模型、控制系统分析计算模型、边界条件、载荷、输入条件等信息。(6)仿真行为层。描述多学科仿真集成和可视化的信息。复杂装备多学科仿真模型的六个层之间的关系如图2.2:图2.2复杂装备多学科仿真的分层模型及其关系其中，实体层描述模型的几何形状和物理属性，是多学科模型的基础;特征元素层在实体层的基础上附加特征点、特征线和特征面等信息，这些特征元素的位置和方向在实体层零件的局部坐标系中定义;装配约束层和运动约束层中约束副的定义基于特征元素层中的特征，而不依赖于具体零件的几何形状和尺寸;学科分析层中包含多个层实例，基于实体层、特征元素层、装配约束层和运动约束层定义不同学科的仿真模型。2.3.2分层信息描述在分层模型中，对于每一层的模型信息，均采用一个层信息表进行描述。不同的层对应的层信息表具体内容为:对于实体层，其信息表为零部件一属性表M、，如表2.1所示。表2.1零部件一属性表Ms翌翌 翌实体体位置置方向向缩放 放有限元元质量量转动动弹性性泊松比比 比属性 性网 网网格格矢量量矩阵阵矢量 量网格 格 格惯量量模量量 量 量 msss零零件 111凡

其拓扑结构、关键尺寸往往是优化设计的对象，需要采用cA。软件二次开发利用参数驱动自动建模，在实体层中通过定义其拓扑结构和关键尺寸间接定义其外形和尺寸，如图2.4所示。

软件二次开发建立实体层模型模型导入有限元分析软件进行网格剖分得到软件中进行建模和网格剖分，如图2.5所示。沁匕气才\、/人洲\】，、又、、‘，Z/口、_丈碑，、~女朴、幸/犷于了(、、刃..弓‘月奋万恤dL图2.5刀盘网格的参数化构建(四辐条刀盘、六辐条刀盘、(2)对于特征元素层，其信息表为零部件一特征元素表Mf，表2.2零部件一特征元素表Mf双窗口刀盘)如表2.2所示。次次 次特征征特征征 征特征 征特征 征 征特征 征特征 征 征特征mfff点 点点 111点 22222线 111线 22222面 111面 2222222零零件 111月 111汽 22222月，，+lll月， ;+22222汽
【参考文献】

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本文编号：2851167