Simulink建模仿真实例详解
Simulink建模仿真实例详解一书详细讲解simulink建模仿真技术和方法，适合快速入门simulink建模。动态系统的计算机仿真系统与模型系统系统只指具有某些特定功能、相互联系、相互作用的元素的集合。这里的系统是指广义上的系统,泛指自然界的一切现象与过程,例如工程系统如控制系统、通讯系统等,非工程系统如股市系统、交通系统、生物系统等。系统模型系统模型是对实际系统的一种抽象,是对系统本质(或是系统的某种特性)的一种描述。模型具有与系统相似的特性。好的模型能够反映实际系统的主要特征和运动规律。模型可以分为实体模型和数学模型实体模型又称物理效应模型,是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型,如建筑模型等。数学模型包括原始系统数学模型和仿真系统数学模型。原始系统数学模型是对系统的原始数学描述。仿真系统数学模型是一种适合于在计算机上演算的模型,主要是指根据计算机的运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求将原始系统数学模型转换为计算机程序。静态系统模型动态系统模型连续系统模型离散系统模型代数方程集中参数分布参数差分方程微分方程偏微分方程计算机仿真仿真的概念仿真是以相似性原理、控制论、信息技术及相关领域的有关知识为基础,以计算机和各种专用物理设备为工具,借助系统模型对真实系统进行试验的一门综合性技术。仿真分类()实物仿真:又称物理仿真。是指研制某些实体模型,使之能够重现原系统的各种状态。早期的仿真大多属于这一类优点:直观,形象,至今仍然广泛应用。缺点:投资巨大、周期长,难于改变参数,灵活性差()数学仿真:是用数学语言去描述一个系统,并编制程序在计算机上对实际系统进行研究的过程。优点:灵活性高,便于改变系统结构和参数,效率高(可以在很短时间内完成实际系统很长时间的动态演变过程),重复性好缺点:对某些复杂系统可能很难用数学模型来表达,或者难以建立其精确模型,或者由于数学模型过于复杂而难以求解()半实物仿真:又称数学物理仿真或者混合仿真。为了提高仿真的可信度或者针对一些难以建模的实体,在系统研究中往往把数学模型、物理模型和实体结合起来组成一个复杂的仿真系统,这种在仿真环节中存在实体的仿真称为半物理仿真或者半物理仿真,如飞机半实物仿真等。计算机仿真计算机仿真是在研究系统过程中根据相似性原理,利用计算机来逼真模拟研究系统。研究对象可以是实际的系统,也可以是设想中的系统。在没有计算机以前,仿真都是利用实物或者它的物理模型来迸行研究的,即物理仿真。物理仿真的优点是直接、形象、可信,缺点是模型受限、易破坏、难以重用。计算机仿真可以用于研制产品或设计系统的全过程,包括方案论证、技术指标确定、设计分析、故障处理等各个阶段。如训练飞行员、宇航员的方针工作台和仿真机舱等。仿真的三要素计算机仿真的三个基本要素是系统、模型和计算机,联系着它们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立(又称二次建模)和仿真试验。数学仿真采用数学模型,用数学语言对系统的特性进行描述,其工作过程是:建立系统的数学模型●建立系统仿真模型,即设计算法,并转化为计算机程序,使系统的数学模型能为计算机所接受并能在计算机上运行;运行仿真模型,进行仿真试验,再根据仿真试验的结果进步修正系统的数学模型和仿真模型与建模仿真是一种用来实现计算机仿真的软件工具。它是的一个附加组件,可用于实现各种动态系统(包括连续系统、离散系统和混合系统)的建模、分析和仿真。特点:易学易用,能够依托提供的丰富的仿真资源的应用领域()通讯与卫星系统;()航空航天系统;()生物系统;()船舶系统;()汽车系统;()金融系统;()控制系统。应用举例(原教材例子)在命令窗口中输入右图所示的模型用来口口口口模拟双质量一弹簧系统在光滑平面上受个周期力情况下的运动状态,其中周期力只作用在左边的质量块上。
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基于ABAQUS的高速切削切屑形成过程的有限元模拟
基于有限元分析软件ABAQUS的Johnson-Cook材料模型以及断裂准则模拟高速切削淬硬钢锯齿状切屑形态,并讨论刀具前角和锯齿状切屑形态对切削力的影响。研究表明仿真结果和试验结果是一致的,文中介绍的有限元模拟方法可以准确地模拟并预测高速切削淬硬钢时的切屑形成过程。刀4有限元模拟及试验结果将有限元模拟仿真预测的切屑形态与试验结果进行比较,如图2、图3、图4所示。预测的切屑形态结果以积分点处等效塑性应变( equivalent plastic strain,PEEQ)的形式显示。由图中可以看出,有限元预测的切屑形态与试验结果非常接近。图中PEEQ的最大值随刀具前角从-10°改变到10而逐渐减小,说明主剪切(a)锯齿状切屑显微照片(b)锯齿状切屑形态有限元模拟结果区内的切屑变形也随刀具前角的增大而减小。刀具前(a) A micrograph of(b) fe simulation result of serrated角对切屑形态有重要影响,当使用负前角时容易形成serrated chipchip morphology锯齿状切屑。图4锯齿状切屑形态有限元模拟仿真与试验结果的对比(Fig 4 Comparison between experimentally and numerically obtained80.70.6hI号0.5H总0.4(a)锯齿状切屑显微照片(b)锯齿状切屑形态有限元模拟结果(a)a micrograph of(b)fe simulation result of serrated肥0.2●试验结果 Experimental resulserrated chipch0:→摸拟结果 Simulation result图2锯齿状切屑形态有限元模拟仿真与试验结果的对比(yo=-10)1010Fig 2 Comparison between experimentally and numerically obtained刀具前角 Tool rake angle(°)chip morphology (Yo =-10)图5不同刀具前角条件下的锯齿化程度Fig 5 Sawtooth degree under different tool rake angles4000003600320.l6000012000(a)锯齿状切屑显微照片(b)锯齿状切屑形态有限元模拟结果4000(a)A microgram(b)FE simulation result of serrated0.000.050.100.150.20serrated chchip morphology时间Time×103/s图3锯齿状切屑形态有限元模拟仿真与图6锯齿状切屑形成时的切削力波动(y6=-10)试验结果的对比(y0=0)Fig 6 Efect of tool angle on the cutting force(%o =-10Fig 3 Comparison between experimentally and numerically obtained加而逐渐降低。刀具前角对切削力也有很大影响,如图6、图7和图8所示,平均切削力F的值随着刀具刀前通常使用锯齿化程度C9表示锯齿状切屑变形和角的增加而逐渐降低。切屑形态。Gs的定义如下Gs =(H-h,)/h(4)5结论Gs的测量方法如图2所示,Gs与刀具前角之间的关系本文的目的在于预测高速切削过程中的切屑形如图5图5说明模拟结果与试验结果符合很好,当切态。使用适合高速变形条件的 Johnson-Cook材料模削速度和进给量一定时,锯齿化程度随刀具前角的增型、断裂准则和 ABAQUS有限元软件,模拟并测量高速0.80LIU Zhan Qiang, WAN Yi, AI Xing. Cutting forces in High Speed Milling[J]. China Mechanical Engineering, 2003, 14(9): 734-737( In Chix0.60[2]Kishawy H A. An experimental evaluation of cutting temperature duringhigh speed machining of hardened D2 tool steel[ J]. Machining Science0.40and Technology, 2002, 6(1): 67-79[3]刘战强,艾兴.高速切削刀具磨损表面形态研究[门摩擦学学〓0.20报,2002,22(6):468-471RLIU Zhan Qiang, Al Xing. Wear characteristics of cutting tools in high尽0speed machining[J]. Tribology, 2002, 22(6): 468-471( In Chinese)0.000.050.100.150.20[4]赵文祥,龙震海,王西彬,等.高速切削超高强度钢时次表面层时间 Time x103/s的组织特性研究[J.航空材料学报,200,25(4):2025图7锯齿状切屑形成时的切削力波动(y0=0)ZHAO Wen Xiang, LONG ZhenHai, WANG XiBin, et al. Study on theFig7 Effect of tool angle on the cutting force(yo =00)metallurgical structure characters of sub-surface layer of ultra-high strength0.80alloy steel in high speed milling condition[J]. Joumal of Aeronautical MEterials, 2005, 25(4): 20-25( In Chinese)[5] Sung H R, Soo-Ik 0. Prediction of serrated chip formation in metal cutting0.60process with new flow stress model for AISI 1045 steellJ]. Joumal of Ma-terials Processing Technology, 2006,171: 417-4220.40[6】赵军,孟辉,王素玉,等.高速切削锯齿状切屑的有限元模拟[.工具技术,2005,39(1):29-310.20ZHAO Jun, MENG Hui, WANG SuYu, et al. Finite element simulatinganalysis of serrated chip formation in high speed cutting[J]. Tool Engi-0ing,2005,39(1):29-31( In Chinese)早0.000050.100.150.20时间 Time x103/s[7]Christian H, Svendsen B. Simmlation of chip formation during high-speed图8锯齿状切屑形成时的切削力波动(=10)cutting[ J]. Joumal of Materials Processing Technology, 2007, 186: 66Fig8 Effect of tool angle on the cutting force(%o = 100)[8] Klocke F, Raedt H W, Hoppe S. 2D-deform simulation of the orthogonal切削AISI4340钢过程中不同刀具前角条件下的切屑high speed cutting process[]. Machining Science and Technology, 2001形态和切削力,讨论刀具前角和切屑形态对切削力的5(3):323-340.影响。研究结果表明,模拟结果与试验结果能很好地9)]shkH,AbeE, Sahm a. Material aspects of chip formation in HSC相符。因此,本文使用的有限元模拟方法可以准确预machining[ J]. Amals of the CIRP- Manufacturing Technology, 2001, 50(1)测高速切削淬硬钢时切屑形成过程。参考文献( References)[1]刘战强,万熠,艾兴.高速铣削中切削力的研究[J.中国机械工程,2003,14(9):734-737.
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