電磁閥的數(shù)字樣機技術研究及性能仿真.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,如果對這些結構相仿、尺寸有別的電磁閥采用傳統(tǒng)手工設計方式,不僅開發(fā)效率低,也會因為各種人為因素導致電磁閥性能和安全性等很難一次設計就能滿足航天應用的要求。
　　數(shù)字化設計技術是在構建首臺物理樣機之前,設計者利用計算機技術建立的數(shù)字化模型,進行仿真分析并以圖形方式顯示該系統(tǒng)在真實工程條件下的各種特性,從而修改并得到優(yōu)化

2、設計方案的技術,它是在CAD/CAM/CAE技術和一般虛擬樣機技術基礎上發(fā)展起來的。三維建模和性能仿真是數(shù)字化技術的主要功能,三維建模可以將電磁閥實物模型數(shù)字化,使設計人員能夠輕松的觀察和設計電磁閥的內部結構和整體效果,而性能仿真則是利用三維建模建立好的數(shù)字化模型進行各項性能的仿真計算,使設計開發(fā)人員能夠在給電磁閥做真實的實驗測試之前對電磁閥的性能有一個大致的判斷和預估。數(shù)字化樣機技術側重系統(tǒng)層的性能分析與優(yōu)化設計,通過虛擬試驗精確快捷

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

4、大限度地實現(xiàn)數(shù)字樣機的優(yōu)勢,本文基于Visual C++語言,結合多種性能仿真軟件開發(fā)了新型數(shù)字樣機,實現(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,以及結構參數(shù)自動優(yōu)化,并通過實驗驗證了該數(shù)字樣機的可靠性。主要研究內容如下:
　　(1)三維參數(shù)化建模和性能自動仿真:新型數(shù)字樣機之所以能夠大幅度提高電磁閥設計開發(fā)效率的關鍵原因就在于通過二次開發(fā)實現(xiàn)參數(shù)化建模和自動化性能仿真。本文重點研究了實現(xiàn)二次開發(fā)的機理和過程,對三維

5、建模軟件Pro/E、流動仿真軟件Fluent、電磁仿真軟件Maxwell和結構仿真軟件Ansys進行二次開發(fā),使它們具備參數(shù)化運行和后臺自動調用計算的功能。
　　(2)性能仿真:對電磁閥設計開發(fā)中所涉及的性能仿真進行了研究和探討,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構強度的結構性能仿真。
　　(3)結構參數(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,如果對其結構尺寸

6、進行一定的優(yōu)化設計可以進一步提升電磁閥的工作性能,使其具有更好的經濟效益。本文以電磁閥體積作為最終的優(yōu)化目標,運用網格節(jié)點搜索法對電磁閥尺寸進行優(yōu)化,并給出優(yōu)化前后性能仿真結果對比,以此來驗證優(yōu)化后電磁閥數(shù)字模型的優(yōu)越性。
　　(4)數(shù)字樣機的建立:本文采用Visual C++6.0語言進行新型數(shù)字樣機的建立。新型數(shù)字樣機整合了各種商用軟件,并結合Fortran語言對電磁閥結構尺寸數(shù)據(jù)進行計算和優(yōu)化,操作實用友好。
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