机械原理实验教学中的虚拟仿真实验设计

工程机械的虚拟仿真实验教学设计摘要：设计了一种基于计算机网络和大数据的工程机械虚拟仿真实验教学平台。

该平台可以实现用户操作、场景虚拟及场景选择等多种实验教学功能，并且采用了功能性更强的UGNX虚拟仿真技术，以提高虚拟教学平台的功能性和数据共享性。

该平台的功能性表现优于传统实验教学平台，数据处理的响应值变动更小、效率更高。

关键词：工程机械；虚拟仿真；实验教学平台；UGNX互联网与计算机虚拟仿真技术的发展，为工程机械类专业的教育教学提供了一个全新的途径，也使基于网络的虚拟实验教学和远程教育得以实现[1-4]。

为满足工程机械类专业的教育教学与科技创新的需要，实现教育资源平台化共享，本文设计了一种基于互联网的虚拟仿真实验教学平台，利用网络实验设备的联通性，建立计算机网络与工程机械实验设备之间的关联，基于互联网实现教学平台与实验设备的资源共享，提高工程机械实验教学平台的可拓展性和可维护性[5-7]。

1工程机械虚拟仿真实验教学平台的总体架构本文设计的基于互联网和计算机虚拟仿真技术的实验教学平台，将理论分析与实验教学融合于一身，能够从理论和实践的双重视角分析工程机械运动的原理，利用虚拟仿真实验平台实现工程机械理论与实践的统一，为工程机械专业教学活动提供了一个动态化、智能化、交互性的教学与实验环境[8-9]。

该虚拟仿真实验教学平台能够通过视频、图像等方式将机械设备的工作过程进行动态化展现，产生更加直观和生动的教学效果，使学生更容易掌握工程机械运动的原理。

依托于互联网和大数据的计算机仿真平台的突出特点是智能化，可以提供更多种类的教学模式和实验模式；在交互性的表现方面具有强大的AI性能[10-11]，易于教师与学生的互动和交流，学生在选择性学习方面有了更大的自主性。

由于虚拟仿真实验教学平台的教学资源由网络和大数据平台提供，一方面可以保证所提供的工程机械模型的科学性、时效性和多样化，能够应对不同方向的教育教学任务；另一方面也提高了教学资源网络的共享性和开放性，节约了教育教学成本。

基于 MATLAB软件软件虚拟仿真机械原理课程设计改革摘要：以全国大学生工程训练竞赛作为抓手，对机械原理课程设计进行改革。

机械原理课程设计题目改革为无碳小车的设计。

无碳小车的设计包括齿轮设计、凸轮设计、带传动设计等。

在设计过程中利用MATLAB软件软件对无碳小车的行驶轨迹进行虚拟仿真。

关键词：机械原理、无碳小车、虚拟仿真机械原理课程设计题目改革为无碳小车的设计，主要分为：动力转换机构、传动机构、执行机构、转向机构、轨迹虚拟仿真设计。

以双8轨迹的无碳小车为例，在宽2.4米，各个柱子间距为335mm，绕柱子进行双8字环绕，并且在环绕过程中不能触碰各个柱子。

动力转换机构的功能是将重物的重力势能转换为主动齿轮的机械能，从而把重力势能转换为小车前进的动能。

通过方案比对，选择了效率好、结构简单的绳轮式结构，采用细线和定滑轮机构，细线两端分别拴在重锤上和缠绕在卷线筒上，而卷线筒固定在主动轴上，使重物的重力可以成功转换为驱动轮上的扭矩，从而带动主动齿轮产生动力。

卷线筒的直径对车速及小车的稳定性起着至关重要的作用，合理的卷线筒直径是保证小车平稳匀速完成全程的前提。

传动机构的主要功能是将动力和运动传递到转向机构和驱动机构上，要使小车行驶的更远及按设计的轨迹精确地行驶，传动机构必须效率高、传动稳定、结构简单重量轻等。

小车的运动只有重物提供动力源，所以后轮和转向机构的动作都需要通过传动机构来获得。

后轮旋转时，卷线筒在重物的牵引下产生扭矩使得主动轴转动。

另一方面，动力也需要传递到转向机构上，带动凸轮机构转动，完成转向机构的动作。

执行机构为1个前轮、2个后轮，轮子有厚薄之分，大小之别，材料之不同需要综合考虑。

由摩擦理论知道摩擦力矩与正压力的关系为M = N·对于相同的材料δ为一定值。

滚动摩擦力为f = =所以轮子越大小车受到的阻力越小，因此能够走的更远。

但由于加工，材料，安装等问题具体尺寸需要进一步分析确定。

由于小车是沿着曲线前进的，2个后轮之间必定会产生差速，而双轮同步驱动必定会与地面打滑，由于滑动摩擦比滚动摩擦大会造成大量的能量损失，同时小车前进收到过多的约束，无法确定其轨迹，不能沿着预计轨迹避障。

虚拟样机实验报告（精选多篇）第一篇：虚拟样机实验报告机械原理课程虚拟样机仿真实验报告课题：双滑块机构虚拟样机仿真实验姓名：学号：班级：指导教师：2012年5月1日0 自主设计双滑块机构的虚拟样机仿真摘要本实验在学习的机械原理基础课程上，通过自己构思，设计机构，用Adams软件进行机构建模，并对机构的运动进行一些列的模拟和分析，以验证所设计机构的运动规律及其可行性，并通过进一步思考，提出该机构可能的应用构想。

关键词：双滑块、虚拟样机、ADAMS应用、仿真目录1、问题的分析 (3)2、双滑块机构虚拟样机建模.....................................................................................3 2.1设置工作环境..............................................................................................3 2.2双滑块机构的模型创建.. (3)3、机构的相关运动量的分析.....................................................................................5 3.1滑块6的运动量分析....................................................................................5 3.2滑块7的运动量分析....................................................................................6 3.3滑块7压力角的补充分析.............................................................................7 3.4对滑块6和滑块7的运动性质进行对比.. (7)4、基于机构分析的机构应用探讨 (8)5、实验感想.............................................................................................................8 参考文献. (8)1、问题的分析通过本学期机械原理课程的学习，使我对机械机构的相关知识有了一定的了解，激发了我对于机械机构运动的极大兴趣，通过本次仿真实验，我对机械机构中的最为简单的杆和滑块构件进行组合，设计出一种简单的结构，以期通过对它的模型创建和运动分析找到其应用途径。

机械设计行业虚拟仿真与实验方案第1章虚拟仿真技术概述 (3)1.1 虚拟仿真技术发展历程 (3)1.2 虚拟仿真技术在机械设计中的应用 (4)1.3 虚拟仿真技术的发展趋势 (4)第2章机械系统建模与仿真 (5)2.1 机械系统建模方法 (5)2.1.1 理论建模方法 (5)2.1.2 实验建模方法 (5)2.1.3 混合建模方法 (5)2.2 机械系统仿真模型 (5)2.2.1 线性模型 (5)2.2.2 非线性模型 (5)2.2.3 状态空间模型 (5)2.3 机械系统仿真软件介绍 (6)2.3.1 Adams (6)2.3.2 Ansys (6)2.3.3 Simulink (6)2.3.4AMESim (6)第3章有限元分析方法与应用 (6)3.1 有限元法基本原理 (6)3.1.1 有限元法的数学理论 (6)3.1.2 有限元法的实施步骤 (6)3.2 有限元分析软件介绍 (7)3.2.1 ANSYS软件 (7)3.2.2 ABAQUS软件 (7)3.2.3 MSC Nastran软件 (7)3.3 有限元分析在机械设计中的应用案例 (7)3.3.1 轴承座强度分析 (7)3.3.2 齿轮传动系统接触分析 (7)3.3.3 液压缸密封功能分析 (7)3.3.4 汽车车身碰撞分析 (7)第4章多体动力学仿真 (8)4.1 多体动力学基本理论 (8)4.1.1 牛顿欧拉方程 (8)4.1.2 拉格朗日方程 (8)4.1.3 凯恩方程 (8)4.1.4 约束条件及求解方法 (8)4.2 多体动力学仿真软件 (8)4.2.1 MSC Adams (8)4.2.2 Simpack (8)4.2.3 RecurDyn (8)4.2.4 LMS Samtech (8)4.3 多体动力学在机械系统中的应用 (8)4.3.1 汽车悬挂系统仿真 (8)4.3.2 航空发动机叶片振动分析 (8)4.3.3 工业动态功能分析 (8)4.3.4 风力发电机组叶片多体动力学分析 (8)第5章流体力学仿真 (8)5.1 流体力学基本原理 (9)5.1.1 流体的连续性方程 (9)5.1.2 流体的动量方程 (9)5.1.3 流体的能量方程 (9)5.1.4 流体的湍流模型 (9)5.2 流体力学仿真软件 (9)5.2.1 Fluent (9)5.2.2 CFDACE (9)5.2.3 OpenFOAM (9)5.3 流体力学在机械设计中的应用 (9)5.3.1 流体动力学优化 (10)5.3.2 液压系统设计 (10)5.3.3 空气动力学分析 (10)5.3.4 热流体分析 (10)第6章热力学仿真 (10)6.1 热力学基本理论 (10)6.1.1 热力学第一定律 (10)6.1.2 热力学第二定律 (10)6.1.3 状态方程与物性参数 (10)6.2 热力学仿真软件 (11)6.2.1 Fluent (11)6.2.2 Ansys Workbench (11)6.2.3 COMSOL Multiphysics (11)6.3 热力学在机械设计中的应用 (11)6.3.1 热机设计 (11)6.3.2 热交换器设计 (11)6.3.3 热防护设计 (11)6.3.4 节能减排 (11)第7章材料功能虚拟测试 (11)7.1 材料力学功能概述 (12)7.2 材料功能虚拟测试方法 (12)7.2.1 有限元法 (12)7.2.2 无损检测技术 (12)7.2.3 神经网络方法 (12)7.3 材料功能虚拟测试案例分析 (12)7.3.1 钢材弹性模量的虚拟测试 (12)7.3.2 铸铁屈服强度的虚拟测试 (12)7.3.3 铝合金抗拉强度的虚拟测试 (12)第8章虚拟样机与实验方案设计 (13)8.1 虚拟样机技术 (13)8.1.1 虚拟样机概述 (13)8.1.2 虚拟样机技术的应用 (13)8.2 虚拟实验方案设计方法 (13)8.2.1 虚拟实验概述 (13)8.2.2 虚拟实验方案设计方法 (13)8.3 虚拟样机与实验方案设计案例分析 (14)8.3.1 虚拟样机建立 (14)8.3.2 实验条件设置 (14)8.3.3 实验方案设计 (14)8.3.4 实验结果分析 (14)第9章仿真数据后处理与分析 (14)9.1 仿真数据后处理方法 (14)9.1.1 数据清洗与校验 (14)9.1.2 数据整理与归一化 (14)9.1.3 数据统计分析 (15)9.2 仿真结果可视化与评价 (15)9.2.1 结果可视化 (15)9.2.2 结果评价 (15)9.3 仿真结果不确定性分析 (15)9.3.1 不确定性来源识别 (15)9.3.2 蒙特卡洛模拟与敏感性分析 (15)9.3.3 风险评估与可靠性分析 (15)第10章虚拟仿真与实验方案在机械设计中的应用实例 (15)10.1 虚拟仿真在产品设计中的应用 (15)10.1.1 虚拟原型设计 (15)10.1.2 参数优化设计 (16)10.2 虚拟仿真在制造工艺中的应用 (16)10.2.1 数控加工仿真 (16)10.2.2 模具设计与制造仿真 (16)10.3 虚拟仿真在故障诊断与维修中的应用 (16)10.3.1 故障诊断 (16)10.3.2 维修指导 (16)10.4 虚拟仿真与实验方案在机械设计中的综合应用案例 (16)第1章虚拟仿真技术概述1.1 虚拟仿真技术发展历程虚拟仿真技术起源于20世纪50年代，最初应用于航空航天领域。

教学·信息 课程教育研究 Course Education Ressearch 2015年8月 下旬刊184· ·笼的侧面积等于将灯笼的上底和下底向外拉直后的圆柱体侧面积，即拉直后圆柱的高是灯笼的弧长。

因而计算侧面积时应采用并非dx，通过这样一个具体的实例，同学们很容易知道原来的想法是错误的[3]。

三、三重积分计算三重积分的两种基本计算方法是“先一后二”和“ 先二后一”。

设三重积分的积分区域为：其中D xy 是V在xoy平面上的投影区域。

设f(x,y,z)在V上连续，则有（3）（3）式称为三重积分的“先一后二”的投影法。

若设三重积分的积分区域为其中Dz 是V 在Z 轴上的截面。

设f(x,y,z)在V 上连续，则有（4）（4）式称为三重积分的“ 先二后一 ”的截面法。

很多同学在学到这两种方法时往往理解不好它们的意义和区别。

为了使学生进一步清楚此问题，在教学中可举生活中的实例。

比如问同学们萝卜有几种切法，“先一后二”就是切成萝卜丝的方法，“先二后一”就是切成萝卜片的方法。

通过这样形象的比喻很容易对这两个公式予以区分和掌握[4]。

四、区别六类积分符号高等数学中涉及到七类积分，同学们在学到这些积分时往往印象不深，这就容易造成记错公式，而如果理解了这些积分的物理或几何意义，就能有效避免上述错误的发生。

（i） 代表以f(x) 为曲边的曲边梯形面积。

（ii） 代表以f(x,y) 为顶，以D为底的曲顶柱体体积。

（iii）代表体密度为f(x,y,z) 的体V 的质量。

（iv） 代表线密度为f(x,y)的平面曲线构件L的质量； 代表线密度为f(x,y,z)的空间曲线构件Γ的质量。

（v） 代表变力沿平面有向曲线L 的做功问题；代表变力沿空间有向曲线 的做功问题。

（vi） 代表面密度为f(x,y,z)的空间曲面构件∑的质量。

（vii）代表流体流向有向曲面∑指定侧的流量问题。

五、结语高等数学的教学需要认真研究，用心实践，长期积累。

机械原理课程设计怎么仿真一、课程目标知识目标：1. 让学生理解机械原理的基本概念，掌握机械系统的运动规律和力学分析；2. 使学生掌握仿真软件的使用方法，能够进行基本的机械系统仿真；3. 引导学生运用机械原理知识，分析并解决实际工程中的问题。

技能目标：1. 培养学生运用机械原理进行系统分析和设计的能力；2. 培养学生运用仿真软件进行机械系统仿真的技能；3. 提高学生团队协作、沟通表达和解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对机械原理学科的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生严谨的科学态度，注重实践与理论相结合；3. 增强学生的创新意识，培养勇于探索和积极进取的精神。

课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在通过仿真实验，使学生更好地理解机械原理知识，并将其应用于实际工程中。

学生特点：学生具备一定的机械原理基础知识，具有较强的学习能力和动手能力，但对仿真软件的使用相对陌生。

教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生的动手实践能力，培养学生在实际工程中的应用能力。

通过课程学习，使学生能够独立完成机械系统的仿真分析和设计。

教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便进行有效的教学设计和评估。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 机械原理基本概念：复习机械系统的组成、运动副、自由度和约束等基本知识，巩固学生的理论基础。

2. 机械运动仿真原理：介绍仿真软件的基本原理和方法，使学生了解仿真技术在机械系统分析中的应用。

3. 仿真软件操作与使用：以教材中推荐的软件为例，教授学生如何进行软件的安装、操作和使用，掌握仿真分析的基本步骤。

4. 机械系统仿真案例分析：结合教材中的实例，分析不同机械系统的仿真过程，使学生能够将理论知识与实际应用相结合。

5. 课后实践与讨论：布置课后实践任务，要求学生运用所学知识进行机械系统的仿真分析，并组织课堂讨论，分享学习心得。

教学内容安排与进度：1. 第一周：复习机械原理基本概念，介绍仿真软件及其原理；2. 第二周：教授仿真软件操作与使用方法，分析简单机械系统的仿真案例；3. 第三周：分析复杂机械系统的仿真案例，布置课后实践任务；4. 第四周：组织课堂讨论，分享课后实践成果，总结课程内容。

机械设计中的虚拟仿真与创新设计在当今科技飞速发展的时代，机械设计领域也迎来了前所未有的变革。

虚拟仿真技术的出现，为机械设计注入了新的活力，与创新设计理念相结合，更是推动了机械设计行业迈向更高的台阶。

虚拟仿真技术在机械设计中的应用，首先体现在设计过程的可视化上。

传统的设计方法往往依赖于设计师的经验和二维图纸，难以直观地呈现设计的效果和可能存在的问题。

而虚拟仿真技术则可以通过三维建模和动态模拟，让设计师在计算机中构建出近乎真实的机械模型，并观察其在各种工况下的运行状态。

这使得设计师能够在设计的早期阶段就发现潜在的问题，如零部件之间的干涉、运动轨迹的不合理等，从而及时进行修改和优化，大大减少了后期试制和改进的成本。

以汽车发动机的设计为例，通过虚拟仿真技术，工程师可以模拟发动机内部的燃烧过程、气流流动以及零部件的受力情况。

他们能够清晰地看到活塞的运动、气门的开闭以及燃油的喷射过程，从而对发动机的结构和性能进行精确的设计和调整。

这种可视化的设计方式不仅提高了设计的准确性，还缩短了产品的研发周期，使新车型能够更快地推向市场。

虚拟仿真技术还为机械设计带来了高效的性能测试和优化手段。

在实际制造之前，设计师可以利用虚拟仿真软件对机械产品的性能进行各种测试，如强度、刚度、疲劳寿命等。

通过对测试结果的分析，设计师可以针对性地对设计进行改进，以确保产品在实际使用中能够满足性能要求。

比如，在航空航天领域，飞机机翼的设计至关重要。

利用虚拟仿真技术，可以模拟机翼在不同飞行姿态下所承受的空气动力载荷，分析其变形和应力分布情况。

根据仿真结果，设计师可以优化机翼的结构形状和材料分布，提高机翼的强度和轻量化程度，从而降低飞行能耗，提高飞机的性能和经济性。

除了性能测试，虚拟仿真技术在人机交互设计方面也发挥着重要作用。

通过创建虚拟的使用场景，设计师可以模拟用户与机械产品的交互过程，评估产品的易用性和舒适性。

例如，在工业机器人的设计中，设计师可以通过虚拟仿真观察操作人员与机器人的协作情况，优化机器人的操作界面和工作空间布局，减少操作人员的疲劳和误操作风险，提高生产效率和安全性。

机械设计基础课虚拟实验的设计与开发随着科技的发展，计算机技术在各个领域的应用越来越广泛。

机械设计基础课程也是其中之一，机械设计基础课程主要分为实验与理论部分，机械课程的实验部分又分为实体实验与虚拟实验。

在实验部分，虚拟实验应充分利用计算机虚拟环境中的各类计算机程序，采用虚拟实验技术，丰富学生的实验体验，使学生实现从“观看”到“操作”的转变，充分发挥计算机虚拟实验的优势。

机械设计基础课程的虚拟实验开发要实现其功能，首先要搭建一个环境，用于虚拟实验的开发。

其次，需要选取合适的程序语言，用于编写程序，对实验过程进行模拟，以调试计算机程序，使程序运行稳定；最后，需要建立一个实验报告数据库，用于存储和传输实验报告，以便客观地评价实验结果。

设计与开发机械设计基础课虚拟实验的技术可以选择计算机三维技术，将实验装置进行三维模拟，模拟实验运行状态；可以采用计算机仿真技术，模拟实验数据和结果；还可以采用可视化技术，将实验结果呈现出来，使学生可以更好地理解实验内容。

机械设计基础课程虚拟实验的设计与开发应充分考虑以下几个方面：（1）安全性。

开发过程中应充分考虑安全性，确保实验软件的安全性，以防止实验数据被篡改，以及未经授权的访问；（2）可用性。

实验系统应具有良好的可用性，实现多用户、多功能、多终端的操作；（3）实施性。

虚拟实验应尽量简化实验流程，使实验更加实用，提高学习效率；（4）维护性。

实验系统应具有良好的维护性，方便系统的维护、调试、升级；（5）集成性。

虚拟实验系统应保证设备设计和实验数据的集成性，以实现方便快捷的实验操作；（6）可扩展性。

实验系统应具有较强的可扩展性，可以满足企业对新型技术的需求。

本文主要针对机械设计基础课程虚拟实验的设计与开发进行了论述，首先搭建虚拟实验环境，并选取合适的程序语言，用于编程，以达到调试计算机程序的目的；其次，建立实验报告数据库，用于存储和传输实验报告；最后，详细分析了设计与开发机械设计基础课虚拟实验的技术，提出了相关的要求。