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仿真技術與虛擬電器

時間:2015-02-05 08:57??來源:IMT小李??作者:IMT小李??點擊:

  仿真技術與虛擬電器

  國內工廠和設計院所紛紛引進如UGH、Pro/E等三維計算機輔助設計軟件,這類軟件能實現在三維空間內零部件和實體造型、裝配和自動生成工程圖紙,并且按照設計的零部件自動進行模具設計和生成數控編碼。這些軟件使國內低壓電器設計工作上了一個新的臺階,但進一步要使產品設計滿足原始技術條件的要求,達到預定的電氣和機械性能,則需要采用仿真技術。

  進行一個低壓電器產品的設計,當根據給定的技術條件,確定了產品初步設計方案和尺寸后,必須進行工程分析或樣機實驗,來驗證設計方案是否附合原訂技術要求。長期以來人們用傳統的工程計算方法進行特性分析,精度很差,特別是作為低壓開關電器的主要特性,即開斷特性無法計算,因而人們不得不依靠樣機制造和實驗驗證來檢驗設計方案的可行性,這樣做法要花費大量人力和物力,并使得產品開發周期拉長,影響新產品的市場競爭力。

  為了解決上述問題,計算機摸擬和仿真技術得到快速發展,依靠這種新技術,人們可以在樣機制作以前就能精確掌握設計產品的性能,減少了重復樣機制作和實驗費用,加快了產品開發周期,并提高了產品性能,這是當前低壓電器產品開發手段現代化的重要內容。

  低壓電器的基本特性包括開斷能力、溫升、零部件的強度、電動穩定和熱穩定、絕緣性能及其它電氣性能等。這就需要對設計對象的電磁場、應力場、磁場等物理場域進行仿真和分析。計算機模仿和仿真技術的進展和商品有限元分析軟件性能的不斷提高為這種新技術在低壓電器的應用創造了條件。70-80年代的有限元分析軟件,前后處理工作十分繁鎖,例如進行一臺大型變壓器的電場分析、輸入各零部件的三維尺寸等原始數據,一般是幾天甚至幾個星期的艱苦勞動。進入90年代商品化的有限元分析軟件都和可視化技術結合起來,用特征造型方式輸入三維圖形代替每鎖的數據輸入,使輸入工作十分簡便而直觀,并且后處理部分使輸出的數據或三維圖形,方便地進行觀察和分析。與此同時,隨著解決復雜工程問題的需要,這種仿真和分析軟件更擴展到流體動力學、機械振動和機構動力學等方面。市場上已能提供各種精確的計算機仿真與分析軟件,這類軟件分成二種類型,一種是通用軟件,另一種是專用軟件,這種軟件都包括應力,溫度場、電磁場和流場等分析模塊,可以進行單種場域分析,也可進行綜合場分析,例如計算熔斷器的保護特性,首先要計算熔片中電流場的分布,然后是熱特性的計算,這是電流場和瞬態熱場計算的綜合,專用軟件是指用于專門的場合。國外著名公司更是把特性的計算機仿真和分析看作是產品開發手段現代化的一個重要措施。

  通過計算機仿真可獲得產品設計的可行性方案,即保證設計方案滿足所制定技術條件的要求,但尚不是經濟技術指標佳的方案,為了達到經濟技術指標的佳,這就需要把仿真技術和優化方法結合起來。

  計算機圖形技術的發展,一種新的三維機交互式圖形技術,即虛擬現實(Virtual reality)技術的出現,給計算機仿真技術的發展,開辟了新的天地,虛擬現實與傳統的交互式三維圖形技術不同,后者操作者是在計算機外的現實世界操作計算機的圖形,而前者則可讓操作者進入計算機里的虛擬世界親臨其境地進行操作,把這種技術和計算機仿真相結合就可以在計算機內設計產品,這種產品稱為虛擬產品,設計者可以在“虛擬”環境中對產品進行仿真和優化,這是計算機仿真技術的發展方向。長期以來,我國低壓電器產品往往是把各研究所和工廠有關技術人員集中在一處,進行聯合設計,這種方式使大多數設計人員脫離本廠的環境而造成諸多不便。90年代以來出現的計算機協同設計CSCD(Computer Supported Cooperative Design)技術,可提供遠程異地協同設計的環境,它是基于Internet而實現的一種群體設計的新概念,國外的計算機輔助設計軟件如PRO/E和Internet等已新增了這方面的功能。依靠這種技術,人們可以在不同地點通過Internet共同討論設計方案,繪制和修改設計圖紙。


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