試驗機的現(xiàn)實仿真系統(tǒng)

　　在機械領(lǐng)域，虛擬設(shè)計的工業(yè)應(yīng)用主要以產(chǎn)品設(shè)計為對象，實現(xiàn)虛擬樣機、虛擬裝配、動態(tài)仿真、網(wǎng)絡(luò)交互等功能。虛擬設(shè)計可以表現(xiàn)產(chǎn)品的外觀以及動態(tài)過程的仿真，如機器工作原理的虛擬表達、虛擬裝配過程或虛擬操作，或者是工業(yè)過程的虛擬體現(xiàn)等。這些過程，均為設(shè)計人員進行合理和優(yōu)化設(shè)計提供了重要的參考，代替小試甚至中試過程，同樣為產(chǎn)品開發(fā)節(jié)約了大量的時間、人力、物力和財力擊]。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建的液壓試驗機虛擬實驗環(huán)境，人與環(huán)境互相交流，可以模擬真實的試驗過程，通過信息反饋，還可以從中獲得有關(guān)試驗的～些啟示，從而熟悉整臺設(shè)備結(jié)構(gòu)以及試驗過程。
　　
　機械行業(yè)產(chǎn)品建模要求嚴格的尺寸、形狀和裝配關(guān)系。CAXA軟件包括特征造型、曲面造型、實體造型在內(nèi)的多種造型方法，同時提供了自頂向下和自底向上的裝配設(shè)計方法。CAXA軟件同時提供了VRML軟件的數(shù)據(jù)接口。液壓試驗機的虛擬現(xiàn)實，首先通過CAXA軟件完成工業(yè)產(chǎn)品造型和靜態(tài)裝配模型，然后結(jié)合VRML和Javascript技術(shù)，完成動態(tài)裝配、試驗過程的實現(xiàn)、液壓試驗機試樣力學性能仿真和零件信息提取等方面的內(nèi)容。
　　
　　1、液壓試驗機靜態(tài)模型的建立液壓試驗機靜態(tài)裝配模型在CAXA軟件中完成。首先，在CAXA軟件中逐個建立液壓試驗機系統(tǒng)零件模型，包括機體、下滑塊、按鈕l、按鈕2、按鈕3、螺桿1、螺桿2和表盤等。然后，將所有零件按照組件裝配，后裝配成完整的液壓試驗機。
　　
　　接下來，將CAXA的ics格式的文件導出為VRMLV2．0版的wrl格式文件，然后在VRML文件編輯器VrmlPad中讀入wrl文件，再對此對象進行場景渲染或者動畫制作等。但是，對于比較復雜的裝配文件，如果將裝配的ics文件作為整體導出為wrl格式，會導致在虛擬現(xiàn)實編輯軟件中文件過大，帶來對組件和零件的操作不方便等一系列麻煩。一般的處理方法是：在CAXA軟件中的裝配狀態(tài)下，每次導出一個零件，其余零件隱藏掉，這樣重復操作至導出每一個零件；然后建立一個新的wrl格式文件，利用Inline命令將所有零件的wrl文件起來pJ，此時，不用做調(diào)整，就可以保證各個零件的相對位置的正確性，圖1為部分零部件的Inline命令和轉(zhuǎn)換后液壓試驗機裝配體的虛擬現(xiàn)實模型。
　　
　　2、液壓試驗機工作過程的虛擬現(xiàn)實液壓試驗機的虛擬工作過程包括機體動畫設(shè)置和材料力學性能試驗仿真的關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　2．1VRML動畫實現(xiàn)VRML通過時問傳感器（TimeSensor）和插補器（Interpolator）以及路由（ROUTE）語句來實現(xiàn)關(guān)鍵動畫基本過程為時間傳感器給出控制動畫效果的時鐘，這個時鐘包括動畫的開始時間、停止時間、時間間隔和是否循環(huán)等參數(shù)，此時鐘信息輸出到插補器節(jié)點，插補器節(jié)點定義了關(guān)鍵點和關(guān)鍵數(shù)值，VRML根據(jù)插補器節(jié)點的設(shè)置進行關(guān)鍵點外區(qū)域的線性插值，完成勻變速動畫過程。如果需要變速動畫過程或者復雜動畫過程，需要結(jié)合腳本語言Javascript來實現(xiàn)：時間傳感器的輸出可以控制插補器和Javascript的輸入，而插補器和Javascript的輸出又可以控制零件的移動和旋轉(zhuǎn)等動作。對于液壓試驗機，在對相應(yīng)按鈕設(shè)置觸發(fā)傳感器之后，時間傳感器開始作用，此時，表盤指針指示壓力的變化，兩個螺桿旋轉(zhuǎn)，同時，下滑塊移動，實現(xiàn)拉伸或者壓縮液壓試驗機試樣的運動。為實現(xiàn)兩個螺桿旋轉(zhuǎn)和下滑塊移動的動畫路由，包括時間傳感器、位置插補器和朝向插補器的設(shè)置。
　　
　　2．2材料力學性能試驗仿真的關(guān)鍵技術(shù)材料力學性能試驗仿真的關(guān)鍵技術(shù)包括液壓試驗機試樣變形和應(yīng)力應(yīng)變曲線仿真等方面的內(nèi)容。
　　
　　2．2．1液壓試驗機試樣變形的實現(xiàn)此處以壓縮塑陛材料為例，液壓試驗機試樣變形通過開關(guān)節(jié)點和腳本實現(xiàn)，在開關(guān)節(jié)點中內(nèi)聯(lián)液壓試驗機試樣變形的關(guān)鍵狀態(tài)文件。其中，腳本語句和路由語句如下：在瀏覽器中，點擊按鈕I后，表針開始旋轉(zhuǎn)，螺桿開始旋轉(zhuǎn)，下滑塊下滑，下滑塊的壓頭接觸工件之后，隨著壓力增加，塑性材料液壓試驗機試樣經(jīng)過彈性變形階段和屈服階段直至被壓扁。
　　
　　2．2．2應(yīng)力應(yīng)變曲線仿真技術(shù)液壓試驗機在仿真測試材料性能時，同時可以輸出應(yīng)力應(yīng)變曲線，這樣使得材料力學性能更加一目了然。應(yīng)力應(yīng)變曲線仿真技術(shù)和液壓試驗機試樣變形技術(shù)一樣，通過開關(guān)節(jié)點和腳本實現(xiàn)。圖3為塑性材料液壓試驗機試樣變形及與其對照的應(yīng)力應(yīng)變曲線的虛擬現(xiàn)實。
　　
　　2．2．3聲音添加VRML所播放的聲音有自己的聲源，它模擬現(xiàn)實中的3D聲音傳播方式，給人現(xiàn)實中的聽覺感受。為了達到虛擬工作過程的逼真效果，具體做法是，首先錄制液壓試驗機各種動作的現(xiàn)場聲音，然后進行剪裁和分段處理，通過聲音節(jié)點給VRML世界添加合適的聲音。

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