数字化设计与制造第六章课件.pptx

1、6.1.1数字化仿真技术及其分类6.1.2数字化仿真的基本步骤对系统模型的试验，研究已存在或设计中的系统性能的方法及其技术。反正可以再现系统的状态、动态行为及其性能特征，用于分析系统配置是否合理、性能是否满足要求、预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。图6-1系统仿真的研究案例a)基于物理模型的飞机风洞试验b)汽车实物碰撞试验以及其中的仿真驾驶员c)基于数字化仿真的汽车碰撞试验d)汽车保险杠注塑成型的数字化仿真与优化e)鼠标模具的数控加工仿真f)连杆生产线生产能力的仿真试验(1)物理模型(physical model)。(2)数学模型(mathematical model)

2、。(3)物理-数学模型(physical-mathematical model)。图6-2系统、模型与仿真之间的关系表6-1面向机械产品开发和制造系统的数字化仿真软件软件名称公 司 名 称主要应用领域Flexsim美国Flexsim Software Products，Inc物流系统、制造系统仿真Matlab美国MathWorks，Inc数值计算、控制及通信系统仿真Simpack德国Intec GmbH机械系统运动学、动力学仿真系统Witness英国Lanner Group汽车、物流、电子等制造系统仿真Moldflow美国Autodesk，Inc注塑模具成形工艺仿真Deform美国Scient

3、ific Forming Technologies Corporation金属锻造成形仿真MSCNastran美国MSCSoftware Corporation结构、噪声、热及机械系统动力学等仿真(1)有利于提高产品及制造系统的质量。(2)有利于缩短产品的开发周期。(3)有利于降低开发成本。(4)可以完成复杂产品或系统的操作培训。表6-1面向机械产品开发和制造系统的数字化仿真软件MSCADAMS美国MSCSoftware Corporation机构运动学、动力学仿真与虚拟样机分析ANSYS美国ANSYS，Inc结构、热、电磁、流体、声学等仿真COSMOS美国SolidWorks Corpora

4、tion机械结构、流体及运动仿真ITI SIM德国ITI GmbH 机械、液压气动、热能、电气等系统仿真FlowNet美国Engineering Design System Technology管道流体流动仿真ProModel美国ProModel Corporation制造系统、物流系统仿真ServiceModel美国ProModel Corporation服务、物流系统仿真VisSim美国Visual Solutios，Inc控制、通信、运输、动力等系统仿真表6-1面向机械产品开发和制造系统的数字化仿真软件WorkingModel美国MSCSoftware Corporation机构运动学、

5、动力学仿真Simul8美国Simul8 Corporation物流、资源及商务决策仿真HSCAE、SC FLOW华中科技大学注塑模具仿真分析Automod美国Brooks Automation，Inc生产及物流系统规划、设计与优化Teamcenter德国Siemens PLM Software产品全生命周期管理仿真软件NX德国Siemens PLM Software产品数字化设计、分析与制造Pro/Engineer美国Parametric Technology Corporation产品数字化设计、分析与制造Algor美国Algor，Inc通用性工程仿真分析CATIA法国Dassault Sy

6、stemes Group产品数字化设计表6-1面向机械产品开发和制造系统的数字化仿真软件SIMULIA法国Dassault Systemes Group 产品虚拟测试分析DELMIA法国Dassault Systemes Group产品数字化制造VERICUT美国CGTech Corporation数控加工的编程与优化仿真EXTEND美国Imagine That，Inc生产及物流系统仿真Z Mold郑州大学塑料模具仿真分析Arena美国Rockwell Software，Inc制造、物流及服务系统建模与仿真PAM STAMP/OPTRIS法国ESI Group冲压成形仿真PAM CAST/PR

7、OCAST法国ESI Group铸造成型仿真PAM SAFE法国ESI Group汽车被动安全性仿真PAM CRASH法国ESI Group碰撞、冲击仿真PAM FORM法国ESI Group塑料、非金属与复合材料热成形仿真SYSWELD法国ESI Group热处理、焊接及焊接装配仿真1.问题描述与需求分析2.设定研究目标和计划3.建立系统的数学模型4.模型的校核、验证及确认5.数据采集6.数学模型与仿真模型的转换7.仿真试验设计8.仿真试验9.仿真数据处理及结果分析10.优化和决策图6-3系统、试验与模型求解之间的关系图6-4系统建模与仿真应用的基本步骤6.2.1有限元法的基本概念6.2.2

8、有限元法的求解步骤6.2.3主流有限元分析软件介绍6.2.4有限元法的应用案例有限元是一种基于计算机的数值仿真技术。1.结构离散2.单元分析3.单元应变及力分析4.整体刚度矩阵叠加5.基本方程和边界条件6.位移和应力的求解结构离散即将 求解区域分割成某种具有几何形状的单元。图6-5平面单元的基本形式图6-6单元离散及节点、单元编号图6-7平面三角形单元由于各单元刚度矩阵是在统一的直角坐标系下建立的，可直接叠加，将各单元刚度矩阵中的字块按其同意编号的下表加入到整体刚度矩阵相应的子块下。当第一边界值条件非齐次时，例如u（a）=，则需象其他单元一样形成e1=x0，x1上的单元刚度矩阵。得到全部的节点

9、位移后，利用弹性力学求单元的应力和应变。1.有限元分析软件的基本模块2.主流有限元分析软件介绍1.有限元分析软件的基本模块(1)前置处理模块。(2)有限元分析模块。(3)后置处理模块。构造几何模型，划分有限元网格，节点及节点编号，设置在和、材料和边界条件等。(1)前置处理模块进行单元分析和整体分析，如求解位移、应力等。一般，软件提供各种有限单元库、材料库及算法库，并根据对象的物理、力学和数学特性，将问题分解成若干个子问题，由不同的有限元子系统分别完成计算。(2)有限元分析模块用于计算结果的整体、分析、编辑和输出。(3)后置处理模块图6-8有限元分析软件的模块组成1.有限元分析软件的基本模块2.

10、主流有限元分析软件介绍(1)ANSYS。(2)MSC.NASTRAN。(3)CosmosWorks。(1)ANSYS。1)结构静力分析。2)结构动力学分析。3)结构非线性分析。4)动力学分析。5)热分析。6)电磁场分析。7)流体动力学分析。8)声场分析。9)压电分析。1）静力分析2）屈曲分析3）动力学分析4）自动部件模态综合法-ACMS5）热分析6)气弹弹性及颤振分析7）流-固耦合分析8）多级超单元分析(2)MSC.NASTRAN1)静应力分析2)频率分析。3)失稳分析4)热分析5)热分析。6)非线性分析7)间隙/接触分析。8)后动力分析9)疲劳分析10）流体动力学计算（CFD）(3)Cosm

11、osWorks 1)浇道口位置预测。2)流动分析。3)冷却分析。4)翘曲变形分析。5)材料和注塑工艺分析。6)应力分析及收缩分析。图6-9数字化仿真技术在注塑模具开发中的功用分析图6-10注塑成型的工作循环(1)前置处理。(2)仿真计算。(3)后置处理。(1)前置处理。1)塑件三维模型导入。2)网格划分和修补。3)选择成型材料及其工艺参数。4)工艺参数设置。图6-11注塑成型的工作循环a)中层面模型b)双层面模型c)三维实体网格模型(2)仿真计算(3)后置处理。1)建立项目(project)，输入保险杠数字化模型。2)划分网格、设置浇注系统及冷却系统。3)选择材料及工艺参数。4)仿真结果分析。

12、图6-12注塑成型仿真分析的基本流程(3)后置处理。图6-13保险杠实体模型(3)后置处理。图6-14保险杠网格划分以及浇注、冷却系统设置(3)后置处理。图6-15保险杠的充填过程(3)后置处理。图6-16保险杠的熔接痕分析(3)后置处理。图6-17剪切应力及剪切速率分析(3)后置处理。6.3.1虚拟样机技术概述6.3.2主流虚拟样机解决方案6.3.3虚拟样机软件ADAMS介绍虚拟样机技术（VPT，virtual prototyping technology)是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是各领域CAx/DFx技术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合了先进建模/仿真技术，现代信息技术，先

13、进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期和全系统的设计，并对他们进行综合管理。图6-18产品开发模式的演变过程图6-19虚拟样机技术的学科体系(1)数字化方式。(2)贯穿产品全生命周期。(3)网络协同。图6-20某型飞机的虚拟样机开发图6-21某型轮船的虚拟样机开发图6-22产品性能试验及开发手段变化趋势1.基于SolidWorks的虚拟样机解决方案2.Dassault Systemes公司的虚拟样机解决方案3.MSC.Software公司的虚拟样机解决方案图6-23基于SolidWorks软件的虚拟样机设计2.Dassault Systemes公司的虚拟样机解决方案1

14、)CATIA。2)SIMULIA。3)DELMIA。4)ENOVIA。5)3DVIA。图6-24基于3DVIA的工业产品虚拟样机设计2.Dassault Systemes公司的虚拟样机解决方案3.MSC.Software公司的虚拟样机解决方案1)MSC.Nastran。2)MSC.Patran。3)MSC.Marc。4)MSC.ADAMS。5)MSC.Easy5。6)MSC.Dytran。7)MSC.Fatigue。8)MSC.Sofy。9)MSC.FlightLoads。10)MSC.Actran。图6-25MSC.Software公司的企业级仿真架构3.MSC.Software公司的虚拟样

15、机解决方案图6-26Siemens PLM Software公司的生命周期仿真战略3.MSC.Software公司的虚拟样机解决方案1.机械系统运动学及动力学仿真分析的原理2.虚拟样机设计软件ADAMS介绍ADAMS全称是机械系统自动动力学分析软件，是美国MDIS公司生产的软件，它是目前世界范围内使用最广泛的多体系统仿真分析软件，它为用户提供了强大地建模、仿真环境，使用户能够对各种机械系统进行建模、仿真和分析，和其他CADCAE软件相比，ADAMS具有十分强大的动力学和动力学分析系统，其建模反震的精度和可靠性在现在所有的动力学分析软件中也名列前茅应用它可以方便的建立参数化的实体模型，并采用多刚

16、体系统动力学原理进行仿真计算。2.虚拟样机设计软件ADAMS介绍(1)用户界面模块(ADAMS/View)。(2)求解器(ADAMS/Solver)。(3)后处理模块(ADAMS/PostProcessor)。(4)试验设计与分析模块(ADAMS/Insight)。(5)振动分析模块(ADAMS/Vibration)。(6)耐用性分析模块(ADAMS/Durability)。(7)液压系统模块(ADAMS/Hydraulics)。(8)高速动画模块(ADAMS/Animation)。(9)系统模态分析模块(ADAMS/Linear)。(10)数字化装配回放模块(ADAMS/DMU Replay

17、)。(11)轿车模块(ADAMS/Car)。(12)悬架设计软件包(Suspension Design)。2.虚拟样机设计软件ADAMS介绍(13)概念化悬架模块(CSM)。(14)接口模块。图6-27ADAMS软件的模块组成2.虚拟样机设计软件ADAMS介绍图6-28基于ADAMS的虚拟样机仿真分析步骤2.虚拟样机设计软件ADAMS介绍11醉翁亭记 1反复朗读并背诵课文，培养文言语感。2结合注释疏通文义，了解文本内容，掌握文本写作思路。3把握文章的艺术特色，理解虚词在文中的作用。4体会作者的思想感情，理解作者的政治理想。一、导入新课范仲淹因参与改革被贬，于庆历六年写下岳阳楼记，寄托自己“先天

18、下之忧而忧，后天下之乐而乐”的政治理想。实际上，这次改革，受到贬谪的除了范仲淹和滕子京之外，还有范仲淹改革的另一位支持者北宋大文学家、史学家欧阳修。他于庆历五年被贬谪到滁州，也就是今天的安徽省滁州市。也是在此期间，欧阳修在滁州留下了不逊于岳阳楼记的千古名篇醉翁亭记。接下来就让我们一起来学习这篇课文吧！【教学提示】结合前文教学，有利于学生把握本文写作背景，进而加深学生对作品含义的理解。二、教学新课目标导学一：认识作者，了解作品背景作者简介：欧阳修(10071072)，字永叔，自号醉翁，晚年又号“六一居士”。吉州永丰(今属江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳

19、文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。关于“醉翁”与“六一居士”：初谪滁山，自号醉翁。既老而衰且病，将退休于颍水之上，则又更号六一居士。客有问曰：“六一何谓也？”居士曰：“吾家藏书一万卷，集录三代以来金石遗文一千卷，有琴一张，有棋一局，而常置酒一壶。”客曰：“是为五一尔，奈何？”居士曰：“以吾一翁，老于此五物之间，岂不为六一乎？”写作背景：宋仁宗庆历五年(1045年)，参知政事范仲淹等人遭谗离职，欧阳修上书替他们分辩，被贬到滁州做了两年知州。到任以后，他内心抑郁，但还能发挥“宽

20、简而不扰”的作风，取得了某些政绩。醉翁亭记就是在这个时期写就的。目标导学二：朗读文章，通文顺字1初读文章，结合工具书梳理文章字词。2朗读文章，划分文章节奏，标出节奏划分有疑难的语句。节奏划分示例环滁/皆山也。其/西南诸峰，林壑/尤美，望之/蔚然而深秀者，琅琊也。山行/六七里，渐闻/水声潺潺，而泻出于/两峰之间者，酿泉也。峰回/路转，有亭/翼然临于泉上者，醉翁亭也。作亭者/谁？山之僧/曰/智仙也。名之者/谁？太守/自谓也。太守与客来饮/于此，饮少/辄醉，而/年又最高，故/自号曰/醉翁也。醉翁之意/不在酒，在乎/山水之间也。山水之乐，得之心/而寓之酒也。节奏划分思考“山行/六七里”为什么不能划分为

21、“山/行六七里”？明确：“山行”意指“沿着山路走”，“山行”是个状中短语，不能将其割裂。“望之/蔚然而深秀者”为什么不能划分为“望之蔚然/而深秀者”？明确：“蔚然而深秀”是两个并列的词，不宜割裂，“望之”是总起词语，故应从其后断句。【教学提示】引导学生在反复朗读的过程中划分朗读节奏，在划分节奏的过程中感知文意。对于部分结构复杂的句子，教师可做适当的讲解引导。目标导学三：结合注释，翻译训练1学生结合课下注释和工具书自行疏通文义，并画出不解之处。【教学提示】节奏划分与明确文意相辅相成，若能以节奏划分引导学生明确文意最好；若学生理解有限，亦可在解读文意后把握节奏划分。2以四人小组为单位，组内互助解疑

22、，并尝试用“直译”与“意译”两种方法译读文章。3教师选择疑难句或值得翻译的句子，请学生用两种翻译方法进行翻译。翻译示例：若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝，晦明变化者，山间之朝暮也。野芳发而幽香，佳木秀而繁阴，风霜高洁，水落而石出者，山间之四时也。直译法：那太阳一出来，树林里的雾气散开，云雾聚拢，山谷就显得昏暗了，朝则自暗而明，暮则自明而暗，或暗或明，变化不一，这是山间早晚的景色。野花开放，有一股清幽的香味，好的树木枝叶繁茂，形成浓郁的绿荫。天高气爽，霜色洁白，泉水浅了，石底露出水面，这是山中四季的景色。意译法：太阳升起，山林里雾气开始消散，烟云聚拢，山谷又开始显得昏暗，清晨自暗而明，薄暮又自明而

23、暗，如此暗明变化的，就是山中的朝暮。春天野花绽开并散发出阵阵幽香，夏日佳树繁茂并形成一片浓荫，秋天风高气爽，霜色洁白，冬日水枯而石底上露，如此，就是山中的四季。【教学提示】翻译有直译与意译两种方式，直译锻炼学生用语的准确性，但可能会降低译文的美感；意译可加强译文的美感，培养学生的翻译兴趣，但可能会降低译文的准确性。因此，需两种翻译方式都做必要引导。全文直译内容见我的积累本。目标导学四：解读文段，把握文本内容1赏析第一段，说说本文是如何引出“醉翁亭”的位置的，作者在此运用了怎样的艺术手法。明确：首先以“环滁皆山也”五字领起，将滁州的地理环境一笔勾出，点出醉翁亭坐落在群山之中，并纵观滁州全貌，鸟瞰

24、群山环抱之景。接着作者将“镜头”全景移向局部，先写“西南诸峰，林壑尤美”，醉翁亭坐落在有最美的林壑的西南诸峰之中，视野集中到最佳处。再写琅琊山“蔚然而深秀”，点山“秀”，照应上文的“美”。又写酿泉，其名字透出了泉与酒的关系，好泉酿好酒，好酒叫人醉。“醉翁亭”的名字便暗中透出，然后引出“醉翁亭”来。作者利用空间变幻的手法，移步换景，由远及近，为我们描绘了一幅幅山水特写。2第二段主要写了什么？它和第一段有什么联系？明确：第二段利用时间推移，抓住朝暮及四季特点，描绘了对比鲜明的晦明变化图及四季风光图，写出了其中的“乐亦无穷”。第二段是第一段“山水之乐”的具体化。3第三段同样是写“乐”，但却是写的游人

25、之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，描绘出一幅太平祥和的百姓游乐图。游乐场景映在太守的眼里，便多了一层政治清明的意味。太守在游人之乐中酒酣而醉，此醉是为山水之乐而醉，更是为能与百姓同乐而醉。体现太守与百姓关系融洽，“政通人和”才能有这样的乐。5第四段主要写了什么？明确：写宴会散、众人归的情景。目标导学五：深入解读，把握作者思想感情思考探究：作者以一个“乐”字贯穿全篇，却

26、有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之意不在酒，在乎山水之间也”前后呼应，并与“滁人游”“太守宴”“众宾欢”“太守醉”连成一条抒情的线索，曲折地表达了作者内心复杂的思想感情。目标导学六：赏析文本，感受文本艺术特色1在把握作者复杂感情的基础上朗读文本。2反复朗读，请同学说说本文读来有哪些特点，为什么会有这些特点。(1)句法上

27、大量运用骈偶句，并夹有散句，既整齐又富有变化，使文章越发显得音调铿锵，形成一种骈散结合的独特风格。如“野芳发而幽香，佳木秀而繁阴”“朝而往，暮而归，四时之景不同，而乐亦无穷也”。(2)文章多用判断句，层次极其分明，抒情淋漓尽致，“也”“而”的反复运用，形成回环往复的韵律，使读者在诵读中获得美的享受。(3)文章写景优美，又多韵律，使人读来不仅能感受到绘画美，也能感受到韵律美。目标导学七：探索文本虚词，把握文言现象虚词“而”的用法用法文本举例表并列1.蔚然而深秀者；2.溪深而鱼肥；3.泉香而酒洌；4.起坐而喧哗者表递进1.而年又最高；2.得之心而寓之酒也表承接1.渐闻水声潺潺，而泻出于两峰之间者；

28、2.若夫日出而林霏开，云归而岩穴暝；3.野芳发而幽香，佳木秀而繁阴；4.水落而石出者；5.临溪而渔；6.太守归而宾客从也；7.人知从太守游而乐表修饰1.朝而往，暮而归；2.杂然而前陈者表转折1.而不知人之乐；2.而不知太守之乐其乐也虚词“之”的用法用法文本举例表助词“的”1.泻出于两峰之间者；2.醉翁之意不在酒；3.山水之乐；4.山间之朝暮也；5.宴酣之乐位于主谓之间，取消句子独立性而不知太守之乐其乐也表代词1.望之蔚然而深秀者；2.名之者谁(指醉翁亭)；3.得之心而寓之酒也(指山水之乐)【教学提示】更多文言现象请参见我的积累本。三、板书设计路线：环滁琅琊山酿泉醉翁亭风景：朝暮之景四时之景山水之乐(醉景)风俗：滁人游太守宴众宾欢 太守醉宴游之乐(醉人)心情：禽鸟乐人之乐乐其乐与民同乐(醉情)可取之处重视朗读，有利于培养学生的文言语感，并通过节奏划分引导学生理解文意，突破了仅按注释疏通文义的桎梏，有利于引导学生自主思考；不单纯关注“直译”原则，同时培养学生的“意译”能力，引导学生关注文言文的美感，在一定程度上有助于培养学生的核心素养。不足之处文章难度相对较高，基础能力低的学生难以适应该教学。