試驗機的現(xiàn)實仿真系統(tǒng)

　　在機械領域，虛擬設計的工業(yè)應用主要以產(chǎn)品設計為對象，實現(xiàn)虛擬樣機、虛擬裝配、動態(tài)仿真、網(wǎng)絡交互等功能。虛擬設計可以表現(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，均為設計人員進行合理和優(yōu)化設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試驗的～些啟示，從而熟悉整臺設備結構以及試驗過程。
　　
　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，然后結合VRML和Javascript技術，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置和材料力學性能試驗仿真的關鍵技術。
　　
　　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)點定義了關鍵點和關鍵數(shù)值，VRML根據(jù)插補器節(jié)點的設置進行關鍵點外區(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，在對相應按鈕設置觸發(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置。
　　
　　2．2材料力學性能試驗仿真的關鍵技術材料力學性能試驗仿真的關鍵技術包括液壓試驗機試樣變形和應力應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節(jié)點和腳本實現(xiàn)，在開關節(jié)點中內(nèi)聯(lián)液壓試驗機試樣變形的關鍵狀態(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應力應變曲線仿真技術液壓試驗機在仿真測試材料性能時，同時可以輸出應力應變曲線，這樣使得材料力學性能更加一目了然。應力應變曲線仿真技術和液壓試驗機試樣變形技術一樣，通過開關節(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力應變曲線的虛擬現(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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