虚拟仿真技术应用范文篇1
在科学技术迅速发展，科技成果广泛应用的今天，虚拟仿真技术因其投入成本小、易操作、适用范围大的优点正逐步取代传统的实验教学方式，成为实验教学中的主要教学工具。因此，本文将对虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用进行探究，希望对机械工程实验教学有所帮助。
关键词:
虚拟；仿真技术；机械工程；实验教学
不同于文史类专业的学习方式，理工类专业主要是进行实际动手操作的训练，因此实验教学必不可少。而将虚拟仿真技术应用于机械工程的实验教学中可以给学生提供机械工程实践要求的处理和生产基础，让学生有身临其境的感觉，可以更好的进行实验，观察实验结果，使学习过程更加严谨，促进学生进一步学习机械工程。
1机械工程实验教学现状
机械工程的教学方式主要是依靠实验来实现的，因此，实验教学已成为机械工程教学中必不可少的教学手段。但是，就我国目前的教学水平来看，机械工程的实验教学现状并不乐观［1］。中职的录取学生越来越多，学校的实验基地和实验设备不足以满足学生进行实验的需求，学生无法动手进行实验，不能有效的理解课堂的理论知识，影响学习效果。另一方面，多数的机械工程实验有一定的危险性，考虑到学生自身的安全问题，学校通常会采用参观和听讲座的方式对学生进行实验教学，这样学生只是能够看到实验的过程，而不能够实际动手操作，无法积累实验的经验，对实验的认识理解也不深入，因而无法有效的学习机械工程。
2虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的应用
科学技术的发展，在带动计算机网络技术进一步发展的同时，也促进虚拟仿真技术更加先进，同时教育工作者也在机械工程实验教学中广泛应用虚拟仿真技术［2］。
(1)带传动性能测试实验。由于带传动在机械传动过程中的广泛应用，使带传动成为机械工程实验中的基础实验课程。所谓的带传动性能测试是指学生通过对带传动过程中打滑现象和弹性滑动的观察，然后对其进行承载能力的分析，同时利用观察到的数据对带传动弹性滑动图以及传动效率图形进行描绘。而利用虚拟仿真技术进行带传动性能测试实验时，就不需要例如转矩力测杆、电动机、发电机、传感器以及光电测速装置的使用等。它是将计算机作为实验的硬件设施，利用LabVIEW软件设计带传动性能测试系统。带传动性能测试系统包括:测力传感器、加载装置、转速传感器、数据采集卡等，在传动实验过程中对各种运动和动力进行检测并分析［3］。运用该系统可以将带传动的传动效率曲线和弹性滑动曲线准确的绘制出来，进而计算出传动效率与弹性滑差率之间的关系。
(2)减速器装备实验。机械设备中常常使用减速器，因此机械设计中最基础的一项课程就是减速器实验。在之前的减速器实验中，教师一般会将真正的减速器带进课堂，然后将其进行拆装，使学生了解减速器的内部结构、工作原理及功能。但是这种实验方式会消耗大量的资金，而且实验具有很高的不稳定性，实验结果容易受到各种因素的影响。而使用虚拟仿真技术进行减速器装备的实验，可以用操作软件代替对实物的拆装，首先利用Inventor软件建立减速器的模型，然后在虚拟的环境下使用减速器传动原理进行装配。之后利用ADAMS软件对动力学进行仿真，再根据实际的运行情况，准确的约束、激励及载荷减速器，对其进行仿真和修形。最后利用ANSYS软件分析减速器的固有频率。
(3)数据加工仿真实验。现代制造业的核心技术之一就是数据加工技术。而数据加工技术的教学方式是通过使用数控机床实现的，但是购买数控机床需要大量的资金，所以一些学校没有足够多的用于教学的数控机床，学生只能在课堂上观看教师操作，无法亲自动手操作数控机床，这样无法使学生对数据加工技术有一个很好的理解，没有达到实验的目的。但是运用虚拟仿真技术中利用CAXA软件可以建立一个鼠标的数据加工实验，首先，对鼠标的实体模型进行建立，然后选用加工刀具、加工路线以及定义毛坯，最后是仿真加工的实施和工艺清单及代码的生成［4］。
3虚拟仿真技术在机械工程实验教学中的使用要求
教师在利用模拟仿真技术进行机械工程实验教学时应注意以下几点问题:第一，重视学生之间存在的差异。教师在教学过程中要根据学生自身水平的不同，来制定教学目标。对于基础较差的学生，教师为其制定的教学目标相对低一点，之后对其进行单独辅导，及时了解他们的学习进度与情况，并及时修改教学目标，使之符合学生的自身水平。第二，要利用现有资源进行立体化教学。教师与教师之间要多交流和沟通，彼此间分享教材、课件以及考试习题等教学资源，使用适合教学方法，彼此间相互学习借鉴，提高自身的教学水平。同时，教师也应该在不断学习中提升自身的专业素养，学会利用现代的高科技成果进行教学，为学生创造更好的学习环境，从而提高教学质量与水平。第三，为学生构建虚拟仿真实验平台。教师应该利用虚拟仿真技术为学生建立起机械制造虚拟仿真教学平台、机械设计虚拟仿真实验教学平台、机械电子网络化远程实验教学平台以及课外实践与科技创新虚拟仿真平台，利用这四个优势互补、相互依存的实验教学平台充分利用虚拟仿真技术在教学中的应用。其中机械类专业的学生要求能够有很强的操作机械CAD技术的能力，但是培养该能力需要对学生进行机械设计、机械实训以及数控实训，然后再通过实习来实逐步实现的。因此，教师可以先提出一个问题后，针对这个问题把整体的方案设计出来，然后按照方案进行实施。同时在实践教学的过程中要充分利用三维大型CAD软件，三坐标测量仪等大型硬件设备，这样可以为学生提供一个更加完备的教学平台。第四，对学生进行机械设计的基础实验，让学生能够熟练的运用二维、三维软件，进而可以对典型零件的计算机绘图、零部件的设计有一个充分的了解，在虚拟的环境中对零部件的组成以及运动的情况有一个细致的观察，才能更好的进行机械设计。
4虚拟仿真技术对机械工程实验教学的意义
虚拟仿真技术的使用对机械工程实验教学意义重大。在机械工程实验教学中所需要的实验设备价格昂贵、占地面积大、对于设备的保养和维护都有很高的要求，因此需要对其进行巨额的资金投入，加大了中职学校的经济负担。而使用虚拟仿真技术进行机械工程实验教学，可以减少对设备资金的投入，避免了设备的损坏维修的情况出现，而且也可以使每一个学生都可以实现亲自动手操作实验，真正将实验的主动权还给学生，提升学生学习兴趣的同时又可以降低教学成本，达到教学目的。同时，利用虚拟仿真技术可以有效的将教材中的理论知识同实际操作联系起来，让理论知识不再拘泥于书本，实现理论服务于实践，强化学生动手能力的同时也让他们对理论知识有了更深的理解与印象。
5结论
将虚拟仿真技术应用于机械工程实验教学中，可以增加学生对于实验的参与程度，解决了实验教学中设备老化和不足的问题，使实验教学的方式更加符合现代社会的发展要求，使学生有了更好的实验设备，从而提高学生的学习质量与水平［5］。
参考文献
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虚拟仿真技术应用范文篇2
关键词：电子技术行业虚拟仿真技术应用
中图分类号：TP391.9文献标识码：A文章编号：1007-9416（2016）06-0000-00
电子技术行业的各类设备产品必须具备良好的设计方案才能够保障其工作状态的理想。电子行业具有产品更新快研发周期短的特点。为了满足不断发展的市场需求，加快产品结构的升级，在核心技术领域取得重大突破，电子行业必须采用新的研究方法和技术。虚拟仿真研究是目前电子行业所广泛采用的一种新的方法和技术。本文即以直流稳压电源以及数控机床为切入点，对虚拟仿真技术在上述两个领域中的应用要点及价值进行分析与探讨。
1虚拟仿真技术概述
虚拟仿真技术即虚拟现实技术，也可称之为模拟技术，技术核心是用一个完全虚拟的系统对另一个真实存在的系统进行模拟。此项技术涉及到多个学科，是计算机图形、人机交互、传感技术、以及人工智能等多个学科的交叉综合领域。虚拟仿真技术主要包括三个方面的含义：第一是借助于计算机所生成环境具有虚拟性的特点；第二是人对这种虚拟环境的感知是高度逼真的；第三则是人可以通过自然的方法与虚拟系统实现交互，系统可响应人的动作并作出合理的反应。
当前虚拟仿真技术被广泛应用于包括汽车制造、道路桥梁、油田矿井、教育教学、电子技术、以及水利电力等在内的多个行业中，体现出了包括交互性、沉浸性、虚幻性、以及逼真性这四个方面的特点。对于电子技术行业而言，虚拟仿真技术的最主要优势是可对产品设计或优化方案在实践前通过高度仿真的模拟环境进行分析，以验证方案的可靠性以及有效性，兼顾实现了提高效率，缩短周期，以及控制费用等方面的性能优势，有推广价值。
2虚拟仿真技术在直流稳压电源中的应用
直流稳压电源的组成部分包括电源变压器、滤波电路、整流电路、以及稳压电路四个部分。电网供给的交流电压在经过电源变压器降压处理后得到与电路需求相对应的交流电压，然后经由整流电路变化为方向恒定、大小伴随时间变化而变化的单线脉动电压，并经过滤波电路进行滤过（滤过交流分量），通过此环节处理后得到相对平滑的脉动电压。最后经过稳压电路处理，以确保电网电压以及负载水平在发生改变时电压维持在稳定状态下。为更加清晰的了解整个电路的工作原理与运行情况，可以借助于虚拟仿真软件，在软件模拟环境下通过设置开关或调整电路结构的方式观察示波器所呈现出的波形变化。本研究中引入Multisim10虚拟仿真软件，该软件借助于图形方式创建电路，具有界面直观、操作简便、调用方便等优势。本软件提供有包括交流、直流等在内的17种分析方法，虚拟仿真能力强大。
整流电路仿真分析下全波整流与半波整流波形图如下图1所示。结合图1：4个二极管所构成桥式全波整流电路，其核心作用是将正弦变化的电压演变为脉动电压。通过设置开关J1为开启状态的方式，对整流器在二极管损坏状态下所产生的开路情况进行模拟。则全波整流转换为半波整流，半波整流下所对应输出电压为0.45*全波整流电压。
通过对直流稳压电源系统中J2开关进行接通或断开的方式能够对比波形观察得到：在电容接入电路内后，输出电压平滑程度明显提高，波纹得到有效控制，同时输出电压平均值也有一定的增加。其依据是：在电容接入电路内后，电容可有效存储电荷，同时对高频分量而言容抗脚下，从而电流中的交流成分可通过电容C1而被旁路。在电容维持恒定的状态下，可通过调整负载电阻运行仿真的方式，使示波器分别显示滤波器输出波形，仿真结果如下图2所示。结合图2来看，电容放电时间常数为RC。在C为恒定状态下时，R取值越高则意味着放电速度越缓慢，输出波形更加平滑，输出电压值更小；在R为定值状态下时，电容器容量越大则意味着放电越慢，所对应输出波纹越小，输出电压值更大。
除此以外，通过对虚拟仿真软件的合理应用，还能够对直流稳压电路的改进设计效果进行仿真验证，以确保改进方案的实施效果理想。以某直流稳压电路对集成电路以及自保电路的改进方案而言，为验证该方案的可靠性，借助于Multisim10虚拟仿真软件进行实验。操作方法为：在Multisim10虚拟仿真软件按照改进方案构建直流稳压电压仿真点图，以供电电压220V（±10%）为标准进行虚拟仿真。借助于4综虚拟示波器对各点波形进行观察并读值，虚拟仿真实验结果如下图3所示。结合图2可见：经过改进后，直流稳压电路波形脉动被控制在较小范围内，电压输出稳定程度高，可保持在12.036V左右，经计算稳压系数为0.015（符合
3虚拟仿真技术在数控机床中的应用
数控加工是现代模具CAD/CAM加工体系中不可或缺的重要内容之一。以五轴数控加工技术为例，所对应的模具工件性状复杂，对表面质量要求高，因此对铣削加工提出了非常严格的要求。五轴加工在完成最后一次装夹后，可以从多个面加工工件，其优势在于节约了大量的装夹时间以及辅助测量装置，且加工位置精度更高。在数控机床设计及性能验证中通过对虚拟仿真技术的合理应用，一方面能够使数控机床充分且合理的应用于对模具以及机械产品的加工中，另一方面能够为正确且充分的应用数控机床，完成更多模具以及机械产品加工提供保障。以某单叶片曲面零件数控加工实例为例，采用五轴加工方案，引入五轴五联动编程开发技术，同时对后置技术进行了编程制定。为进一步验证数控机床五轴五联动方案的编程程序正确性以及后置处理结果的可靠性，借助于虚拟仿真技术，在仿真软件所提供虚拟环境下参照数控机床实际配置构建实验模型。虚拟仿真结果显示：所模拟机床在对零件进行加工的全过程中刀具路径未发生偏差，加工零件性状基本与设计要求相符合。
4结语
本研究中针对虚拟仿真技术在电子技术行业中的应用问题进行分析及探究，通过上述分析不难发现：在电子技术行业中积极应用虚拟仿真技术能够有效解决以往设计方案直接应用于实践中存在的浪费或失误问题，避免了不必要的事故产生，可以有效提高电子技术产品及相关设备的使用寿命与性能，对促进电子技术行业的发展也有重要价值。
参考文献
[1]陈军，周晓平，郝江涛等.基于MatLab&Simulink的电工电子技术仿真实验平台[J].中国现代教育装备，2015（3）：57-60.
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[3]周凯，那日沙，王旭东等.Saber在电力电子技术仿真中的应用[J].实验技术与管理，2015（3）：126-128，140.
虚拟仿真技术应用范文篇3
1.1虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究现状
虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术、思想上有了质的飞跃[1]。
虚拟现实仿真技术目前在国内外发展较快，广泛应用于高校实践教学、企业生产加工、医学研究、军事等领域，美国的虚拟现实仿真技术代表着行业领先水平[2]。
我国许多高校和研究机构也已经利用虚拟现实仿真技术，开展教学和实验实训方面研究与开发，广泛应用于高校的实践教学，将会对其教学模式改革起到极大推动作用[3]。国内的一些高职院校，将仿真技术软件广泛应用于三维造型设计、数控模拟加工等实践教学环节，收到了较好的教学效果。
1.2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中应用研究的意义
利用虚拟现实仿真技术构建一个虚拟的实训场所和学习场景，可减少高职院校因实训设备不足而产生的影响因素。通过进一步整合教学资源，提高实训设备的利用率，提高学生学知识、练技能的浓厚兴趣，提高实践教学效果和学生的实践应用能力，具有深远的意义。
2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的研究内容
2.1虚拟现实仿真技术进行虚拟设计实践教学的应用研究
传统设计是设计者根据产品用户的需要，将所设计产品的结构通过图纸表现出来，经过计算或者经验认证后，再投入生产试制中进一步检验其结构设计的正确性与合理性。而虚拟现实仿真技术在实践教学应用研究中主要体现在以下几个方面：
2.1.1利用虚拟现实仿真技术开展UGCAD模块实践教学的应用研究
对于工业用户，EONProfessional带有高端的CAD和3D数据格式转换模块，它通过优化，快捷地把各种CAD和3D数据转换成EON格式。其基本模块支持30多种格式，如AutoCAD，CADKEY，KGES，Maya，3dsmax，LightWave，SOFTIMAGE3D和SolidWorks等。此外，它还支持关键帧（key-frame）、自动常规校正、顶点缝合、几何/平面削减、保持UV贴图和纹理的情况下任意调节的组合贴图。
我院机械类专业实施实体建模、特征建模和自由形状建模三个模块的实践教学，使学生能够方便地建立二维和三维线框模型、扫描和旋转实体、进行布尔运算及建立表达式。掌握圆柱、圆锥、球、圆台、凸垫及孔、键槽、腔体、倒圆角、倒角等命令的操作。能采用逆向工程，通过曲线/点网格定义曲面，通过点拟合建立模型。还可以通过修改曲线参数，引入数学方程控制、编辑模型。
2.1.2利用虚拟现实仿真技术开展MoldWizard模块实践教学的应用研究
实施MoldWizard注塑模具设计模块的实践教学研究，要求学生能进行中等复杂程度的注塑模具和冷冲模设计。掌握UGMoldWizard（注塑模具设计向导）的操作界面，熟练掌握数字化装配，中等复杂产品的分模、添加模架、镶块、滑块、电极、浇注系统、冷却系统以及选用各种标准件等有关内容。
2.1.3利用虚拟现实仿真技术开展产品分析模块实践教学的应用研究
以UG软件为平台，开展UG产品分析模块的实践教学研究，分析与探索产品模型受力、受热后的变形。以模具企业设计岗位的岗位知识、能力、情感要求为课程目标，以模具产品为项目载体，以Moldflow模流分析软件为工具，按工作过程来设计教学活动、组织教学。使学生掌握基本CAE分析方法的基本过程，为将来工作中实际应用提供必要的理论基础。
通过模拟塑料的成型过程，可以找出产生这些缺陷的原因，再采取相应的措施来避免。塑料在模具中的成型性能也因模具的浇注系统的设计、塑料的性能、成型的压力和温度不同而不同。通过使用CAE软件分析，有助于让学生懂得如何优化其模具设计，使生产出来的塑件避免出现各种质量缺陷，优化产品设计及选取合适的注塑工艺等。
通过模流分析软件的模拟，可以很容易看到是否出现困气问题，然后根据以上改善方法，拟定初步改善方案，用模流分析进行模拟验证，得出模流分析结果，对其进行分析比较，这样就能充分利用模流分析的虚拟模拟仿真，大大节省了试模成本，这就是模流分析之所以能够得到越来越多人认可的原因。
2.2虚拟现实仿真技术进行虚拟制造实践教学的应用研究
利用虚拟现实仿真技术，了解UGCAM的加工类型和特点；掌握UG软件在铣削加工方面应用知识；熟练掌握UG自动编程的常用命令和基本操作；掌握零件自动编程的一般步骤，并能根据零件特点选择合适的加工方法。
在CAM自动编程和数控加工中，运用UG软件的仿真功能对后处理程序进行模拟，用UG数控仿真软件对加工过程进行仿真，检查优化其加工工艺的合理性，有效地提高机床的加工效率和模具加工质量。
2.3虚拟现实仿真技术进行虚拟装配实践教学的应用研究
在虚拟仿真实训室开展模具虚拟拆装和装配的实践教学研究，包括进行产品装配建模、装配路径与顺序的设计、零件装配过程运动分析等内容。
通过虚拟实训室，开展模具结构的拆装实验，模具成型过程的运动仿真，模具知识的索引等实践教学环节的教学研究。对UG软件进行二次开发，开发出模具结构认知与虚拟拆装软件系统，完成典型模具的虚拟装配等实践环节的教学。
3虚拟现实仿真技术在实践教学中拟解决的关键问题
3.1虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，有效地避免了高校实验实训设备不足的影响因素。学生通过虚拟实验项目的学习与训练，减少其真机操作时出现许多失误问题。
3.2虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，教师利用虚拟现实仿真技术教学时，与实训室技师经常切磋技艺、探讨操作问题，提高了教师的实践教学水平。
3.3虚拟现实仿真技术在高职实践教学中的应用与研究，改变了学生被动学习的方式，提高了学生学习兴趣、综合实践能力和高职实践课堂教学效果。
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