基于虚拟样机的液压泵寿命试验(3)
3 虚拟寿命试验中的关键技术
1）多领域建模（多学科模型）
多领域系统建模（Multi-domain Modeling）是将机械、控制、电子、液压、气动等不同学科领域的模型“组装”成为一个更大的仿真模型。多领域统一建模方法，可以突破传统学科之间的数据交换障碍，已经被广泛应用于多学科设计优化、虚拟试验和验证等。
目前多领域建模主要有三种方法。
（1）基于接口的多领域建模与仿真的技术。在已有的各领域商用仿真软件中构建各自的学科领域模型，然后利用各个不同学科领域商用仿真软件之间的接口，实现多领域建模；
（2）基于高层体系结构（High Level Architecture）建立统一模型。基本思想是使用面向对象的方法，设计开发和实现系统不同层次的对象模型，得到仿真部件和系统高层次的互操作性与可用性；
（3）基于统一建模语言的多领域建模方法。具有数据封装、继承和层次化等特征，可以容易实现模型的重用，减少错误的发生。由于采用相同的模型描述形式，基于统一建模语言的方法能够实现不同领域子系统模型之间的无缝集成。
以液压柱塞泵为研究对象，建立涉及多个学科领域的虚拟样机，并在此基础上进行仿真和疲劳分析。
模型涉及UG、AMESim、ADAMS、ANSYS和nCode多种软件，采用的是基于接口的多领域建模与仿真的技术。
整个虚拟样机中涉及三个接口：
①液压学科模型（AMESim）/运动学动力学模型（ADAMS）接口，传递系统动力学模型与液压模型发生联系的相关状态变量与参数（*．data格式文件）；
②运动学动力学模型（ADAMS）与有限元分析模型（ANSYS）之间的双向接口，ANSYS向ADAMS传递模态中性文件（*．mnf文件），ADAMS向ANSYS传递载荷文件（*．lod文件）；
③有限元分析模型（ANSYS）和疲劳分析工具（n Code）传递应力应变分析的计算结果（*．rst文件）。
2）虚拟样机中的数据管理和流程控制模型
基于多个学科领域的统一模型进行仿真分析时，需要多学科模型按照规定的流程运行。为实现联合仿真的目的，需要通过软件间的接口进行子系统间的数据交换。
虚拟样机结果数据的统一管理，包括以下几个部分：各种逐句的输入输出管理；数据的备份和恢复；模型数据文件的检入检出；数据文件的检索与浏览；数据安全机制等。
建立在各软件的数据管理基础上，将各部分整合，完成整个仿真流程的协同数据管理。基于虚拟样机的液压柱塞泵疲劳分析多领域联合仿真数据流动，以各仿真软件为基础，将数据分为上层、中层和下层。如图35所示。流程管理包括定义、运行、监控和管理工作流，工作流程逻辑确定了模型运行环境（软件） 的执行顺序。图36为液压柱塞泵虚拟疲劳分析的工作流程，将整个项目分解为九个任务：系统设计、液压建模、几何建模、流固耦合建模、多体动力学建模、有限元建模、协同仿真、疲劳分析。
图35 液压柱塞泵疲劳分析多领域联合仿真数据模型
对每个任务分配人员，定义起止时间；为保证总体工作的顺利进行，需要严格监控单个任务的进程和先后顺序。
注：转载请与作者联系授权，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授，020-82333916