電磁閥的數(shù)字樣機(jī)技術(shù)研究及性能仿真.pdf

1、電磁閥是工業(yè)流程中的重要部件,應(yīng)用極其廣泛,例如一顆衛(wèi)星中不同用途、不同型號和尺寸各異的電磁閥少則幾個、多則幾十個,如果對這些結(jié)構(gòu)相仿、尺寸有別的電磁閥采用傳統(tǒng)手工設(shè)計方式,不僅開發(fā)效率低,也會因?yàn)楦鞣N人為因素導(dǎo)致電磁閥性能和安全性等很難一次設(shè)計就能滿足航天應(yīng)用的要求。
　　數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是在構(gòu)建首臺物理樣機(jī)之前,設(shè)計者利用計算機(jī)技術(shù)建立的數(shù)字化模型,進(jìn)行仿真分析并以圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工程條件下的各種特性,從而修改并得到優(yōu)化

2、設(shè)計方案的技術(shù),它是在CAD/CAM/CAE技術(shù)和一般虛擬樣機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。三維建模和性能仿真是數(shù)字化技術(shù)的主要功能,三維建?？梢詫㈦姶砰y實(shí)物模型數(shù)字化,使設(shè)計人員能夠輕松的觀察和設(shè)計電磁閥的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和整體效果,而性能仿真則是利用三維建模建立好的數(shù)字化模型進(jìn)行各項性能的仿真計算,使設(shè)計開發(fā)人員能夠在給電磁閥做真實(shí)的實(shí)驗(yàn)測試之前對電磁閥的性能有一個大致的判斷和預(yù)估。數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)側(cè)重系統(tǒng)層的性能分析與優(yōu)化設(shè)計,通過虛擬試驗(yàn)精確快捷

3、地預(yù)測產(chǎn)品系統(tǒng)性能,達(dá)到降低成本、提高開發(fā)效率和產(chǎn)品安全性的目的,并正在國民生產(chǎn)中日益顯示出其強(qiáng)大的功能和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
　　目前,文獻(xiàn)發(fā)表的數(shù)字樣機(jī)技術(shù)著重于物理模型的數(shù)字化和手工操控仿真,僅是將需要應(yīng)用的軟件進(jìn)行了整合,雖然方便了用戶調(diào)用程序,但計算仍需要人為設(shè)置各種軟件的參數(shù)和網(wǎng)格劃分等,沒有體現(xiàn)出數(shù)字樣機(jī)本質(zhì)優(yōu)勢,并且,這樣的數(shù)字樣機(jī)也還未應(yīng)用到電磁閥的設(shè)計和開發(fā)中。
　　為了提高電磁閥設(shè)計開發(fā)效率及其安全性,并最

4、大限度地實(shí)現(xiàn)數(shù)字樣機(jī)的優(yōu)勢,本文基于Visual C++語言,結(jié)合多種性能仿真軟件開發(fā)了新型數(shù)字樣機(jī),實(shí)現(xiàn)了建模和性能仿真等所有過程全部無需用戶參與的全自動化,以及結(jié)構(gòu)參數(shù)自動優(yōu)化,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該數(shù)字樣機(jī)的可靠性。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)三維參數(shù)化建模和性能自動仿真:新型數(shù)字樣機(jī)之所以能夠大幅度提高電磁閥設(shè)計開發(fā)效率的關(guān)鍵原因就在于通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模和自動化性能仿真。本文重點(diǎn)研究了實(shí)現(xiàn)二次開發(fā)的機(jī)理和過程,對三維

5、建模軟件Pro/E、流動仿真軟件Fluent、電磁仿真軟件Maxwell和結(jié)構(gòu)仿真軟件Ansys進(jìn)行二次開發(fā),使它們具備參數(shù)化運(yùn)行和后臺自動調(diào)用計算的功能。
　　(2)性能仿真:對電磁閥設(shè)計開發(fā)中所涉及的性能仿真進(jìn)行了研究和探討,主要有三個方面:考察流動阻力情況的流動仿真、考察電磁分布的電磁仿真和考察結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)性能仿真。
　　(3)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化:基本工程計算和建模后的電磁閥數(shù)字模型只能滿足基本的工程要求,如果對其結(jié)構(gòu)尺寸

6、進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計可以進(jìn)一步提升電磁閥的工作性能,使其具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。本文以電磁閥體積作為最終的優(yōu)化目標(biāo),運(yùn)用網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)搜索法對電磁閥尺寸進(jìn)行優(yōu)化,并給出優(yōu)化前后性能仿真結(jié)果對比,以此來驗(yàn)證優(yōu)化后電磁閥數(shù)字模型的優(yōu)越性。
　　(4)數(shù)字樣機(jī)的建立:本文采用Visual C++6.0語言進(jìn)行新型數(shù)字樣機(jī)的建立。新型數(shù)字樣機(jī)整合了各種商用軟件,并結(jié)合Fortran語言對電磁閥結(jié)構(gòu)尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和優(yōu)化,操作實(shí)用友好。
　　(5