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摘要：随着经济规模的扩大，现代工业技术得以迅速发展，各生产步骤和工艺越来越复杂，而伴随着仿真技术在机械设计中的应用，实现了设计者从复杂庞大的信息中对机械部件或者加工过程的最优化控制，解决了传统机械设计中无法实现的问题。
关键词：机械结构设计；仿真技术；应用
1.仿真技术概述
仿真（Simulation）是利用模型复现实际系统中发生的本质过程，通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统，又称模拟。仿真的过程包括建立仿真模型和进行仿真实验两个主要步骤。即使用研究对象模型将特定于某一具体层次的不确定性转化为它们对目标的影响（模型包括物理的和数学的，静态的和动态的，连续的和离散的各种模型），该影响是在研究对象整体的层次上实现的。
仿真技术是高技术领域中的关键技术之一，也是计算机应用的一个重要领域。仿真技术是一门综合性学科，已广泛应用于航空、航天、通信、船舶、交通运输、军事、化工、生物、医学等领域，也包括社会、经济、生态、管理等系统，其重要性已广为人知。当所研究的领域或系统造价昂贵、实验的危险性大、或需要很长的时间才能得知系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种特别有效的研究手段。
2.仿真技术在机械结构设计中的特征
2.1应用范围大特征
仿真技术在机械结构设计当中的应用，有着鲜明的特征体现，从产品设计到制造和测试维护的整个过程中，仿真技术都能贯穿始终。在机械产品的概念设计以及详细设计环节，仿真技术都能发挥积极的作用。在仿真技术的实际应用中，在范围上得到了迅速扩大化，仿真对象和目的上从研究制造对象动力学以及运动学特性，已经向着研究制造系统设计运行方向发展，在库存管理以及产品开发过程组织等层面都有着涉及。
2.2集成化特征
机械结构设计过程中的仿真技术应用，在集成化的特征层面表现的比较突出，也就是对仿真技术的综合性应用，从而就能有效形成可运行的产品开发以及制造环境。在仿真的类型上是多样化的，有着面向产品以及制造工艺和生产管理等部分的仿真。这些部分对仿真技术的应用都得到了综合性体现。
2.3分布性特征
仿真技术的应用在和网络技术的结合下，对仿真的分布性特征上就比较显著。在进行机械结构设计过程中，仿真技术的应用和传感器以及图形技术的结合应用特征比较突出，这就对仿真技术的交互性得到了加强。
3.机械结构设计中仿真技术的应用流程
机械产品要由大量的机构组装起来实现设定好的工艺动作，在进行新产品研发时，这些机构是否能正确地实现所设定的动作，机构与机构之间的运动是否配合得当，机构间是否存在干涉和干涉的部位，怎样选择各种机构组合方案来更好地满足设计标准，这就需要在仿真技术的应用下，通过三维机械设计软件的应用进行仿真设计，从而有效的检查机械结构设计的质量。
3.1模型的创建
针对要研究的目标或问题，首先需要抽象出一个能达到仿真目的的可靠系统，并且要给其加上边界条件和约束条件。然后，运用相关学科的知识把这个系统通过数学表达式准确地阐述出来，阐述的内容就是计算机仿真的核心――数学模型。数学模型根据时间的关系可划分为静态模型和动态模型，而动态模型又分为连续时间、离散时间和混合时间三种；模型分为连续变量系统模型和离散事件系统模型是以系统的状态描述和变化方式为依据的。
3.2模型的变换
模型的变换就是把抽象出来的数学表达式转换成计算机能够处理的形式，这需要运用适当的算法和计算机语言，这种形式所表达的内容就是进行计算机仿真的关键――仿真模型。实现这个过程，既可以根据自身需要研发一个新的系统，也可以把当下市面上已有的仿真软件拿来直接运用。
3.3模型的实验
接着就是模型的实验环节。也就是把创建仿真模型输入到计算机当中，通过仿真模型的运行就能获得仿真结果。在进行仿真实验中是通过先期设计实验方案进行运行的，这样就比较的简单。对于仿真实验的结果的衡量标准问题，就要先对仿真实验的结果进行辨析，对其结果的可靠性进行检验可通过反正过程反向验证法以及置信通道方法加以应用。通过这一系列的程序实施，就能有助于仿真技术的积极作用发挥。
4.工程机械结构设计中仿真技术的应用
仿真技术在机械结构的设计中应用，能优化设计的质量。机械产品是通过大量结构组装的工艺动作。对新机械产品的研发过程中，结构的正确设定，和结构间的运动得当与否等，都和产品的实际应用效果有着直接的应用。如本人在对烟气采集仪的内部功能模块结构进行设计时，利用仿真（Simulation）分析了各个结构的设计，得出最终的使用过程如下图1所示，在进行该系统结构设计时，可以通过相关软件的应用进行仿真设计，从而有效检查机械结构设计的质量，提升设计的效率及质量水平。
图1 仿真结构分析过程
另外，通常规模较大的立体机械设计程序都会自动准备一个机构仿真的功能运用，在模拟条件下设计完成的装配体能够实现对机构的运动轨迹和方式进行虚拟演示，这种应用程序大多较为直观和便捷。同时，这类应用程序根据装配的数值进行自动机构数据的运算，并且智能添加相关的附加设备，例如弹簧和运动发生器等。
随着计算机技术在机械工程中的应用越来越广泛，以往许多由于条件限制无法进行计算分析的复杂问题，都可以通过计算机仿真得到满意的解决；另外，计算机辅助使大量复杂的工程计算分析简单化、层次化，节省了大量的时间，避免了低水平的重复劳动，使计算分析更快、更准确，在新产品研发的设计、分析等方面发挥了重要的作用。机械产品开发的基本过程是概念设计→初步设计→详细设计→试验→修正设计→再试验，直到满足产品的要求标准，仿真技术的引入最大限度的减少了材料的浪费和缩短了耗时。对机械产品的动力学模型进行计算机仿真技术分析，可以获得产品结构的强度应力、刚度应变和变形、动态特性固有频率、振动模态、热态特性温度场、热变形等参数，根据计算分析能得到容易导致机械出现疲劳失效的风险因素以及其它潜在的问题。例如上文中说到的烟气采集仪设计中，要对其中的质量流量、体积流量以及平均值速度等都进行测算，其中还包括整个测试过程中的平均值、最大值、最小值等数据，因此可以采用仿真技术对这些复杂的数值进行计算分析，从而使计算结果简化，提升设计效率。
结束语：综上所述，机械结构设计中仿真技术的应用，只需要设计人员结合不同方案在仿真软件当中进行构建虚拟机，从而就能有效完成不同假设性虚拟实验，对最优化的方案进行选择。仿真技术的应用对计算的精度可有效保证，对研发的质量也能有效提高，节约了大量的研发资金，这对机械设计行业的可持续发展就有着积极促进作用。
参考文献：
[1]吴宝贵.基于仿真分析的复杂机械产品多学科设计优化方法研究[J].2007（04）.
[1]熊勇.仿真技术在机械设计制造中的应用[J].2016（07）.
[1]李智华，侯桂.机械设计中的三维模拟与仿真设计分析[J].2014（04）.
论文作者:傅宝柱
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/9
标签：仿真技术论文; 模型论文; 机械论文; 结构设计论文; 系统论文; 过程论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第36期论文;