試驗(yàn)機(jī)的現(xiàn)實(shí)仿真系統(tǒng)

　　在機(jī)械領(lǐng)域，虛擬設(shè)計(jì)的工業(yè)應(yīng)用主要以產(chǎn)品設(shè)計(jì)為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)虛擬樣機(jī)、虛擬裝配、動(dòng)態(tài)仿真、網(wǎng)絡(luò)交互等功能。虛擬設(shè)計(jì)可以表現(xiàn)產(chǎn)品的外觀以及動(dòng)態(tài)過(guò)程的仿真，如機(jī)器工作原理的虛擬表達(dá)、虛擬裝配過(guò)程或虛擬操作，或者是工業(yè)過(guò)程的虛擬體現(xiàn)等。這些過(guò)程，均為設(shè)計(jì)人員進(jìn)行合理和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的參考，代替小試甚至中試過(guò)程，同樣為產(chǎn)品開發(fā)節(jié)約了大量的時(shí)間、人力、物力和財(cái)力擊]。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)建的液壓試驗(yàn)機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，人與環(huán)境互相交流，可以模擬真實(shí)的試驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)信息反饋，還可以從中獲得有關(guān)試驗(yàn)的～些啟示，從而熟悉整臺(tái)設(shè)備結(jié)構(gòu)以及試驗(yàn)過(guò)程。
　　
　機(jī)械行業(yè)產(chǎn)品建模要求嚴(yán)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(shí)體造型在內(nèi)的多種造型方法，同時(shí)提供了自頂向下和自底向上的裝配設(shè)計(jì)方法。CAXA軟件同時(shí)提供了VRML軟件的數(shù)據(jù)接口。液壓試驗(yàn)機(jī)的虛擬現(xiàn)實(shí)，首先通過(guò)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(dòng)態(tài)裝配、試驗(yàn)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)、液壓試驗(yàn)機(jī)試樣力學(xué)性能仿真和零件信息提取等方面的內(nèi)容。
　　
　　1、液壓試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)模型的建立液壓試驗(yàn)機(jī)靜態(tài)裝配模型在CAXA軟件中完成。首先，在CAXA軟件中逐個(gè)建立液壓試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)零件模型，包括機(jī)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(yàn)機(jī)。
　　
　　接下來(lái)，將CAXA的ics格式的文件導(dǎo)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(duì)此對(duì)象進(jìn)行場(chǎng)景渲染或者動(dòng)畫制作等。但是，對(duì)于比較復(fù)雜的裝配文件，如果將裝配的ics文件作為整體導(dǎo)出為wrl格式，會(huì)導(dǎo)致在虛擬現(xiàn)實(shí)編輯軟件中文件過(guò)大，帶來(lái)對(duì)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(dǎo)出一個(gè)零件，其余零件隱藏掉，這樣重復(fù)操作至導(dǎo)出每一個(gè)零件；然后建立一個(gè)新的wrl格式文件，利用Inline命令將所有零件的wrl文件起來(lái)pJ，此時(shí)，不用做調(diào)整，就可以保證各個(gè)零件的相對(duì)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(yàn)機(jī)裝配體的虛擬現(xiàn)實(shí)模型。
　　
　　2、液壓試驗(yàn)機(jī)工作過(guò)程的虛擬現(xiàn)實(shí)液壓試驗(yàn)機(jī)的虛擬工作過(guò)程包括機(jī)體動(dòng)畫設(shè)置和材料力學(xué)性能試驗(yàn)仿真的關(guān)鍵技術(shù)。
　　
　　2．1VRML動(dòng)畫實(shí)現(xiàn)VRML通過(guò)時(shí)問(wèn)傳感器（TimeSensor）和插補(bǔ)器（Interpolator）以及路由（ROUTE）語(yǔ)句來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵動(dòng)畫基本過(guò)程為時(shí)間傳感器給出控制動(dòng)畫效果的時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘包括動(dòng)畫的開始時(shí)間、停止時(shí)間、時(shí)間間隔和是否循環(huán)等參數(shù)，此時(shí)鐘信息輸出到插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)，插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)定義了關(guān)鍵點(diǎn)和關(guān)鍵數(shù)值，VRML根據(jù)插補(bǔ)器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)外區(qū)域的線性插值，完成勻變速動(dòng)畫過(guò)程。如果需要變速動(dòng)畫過(guò)程或者復(fù)雜動(dòng)畫過(guò)程，需要結(jié)合腳本語(yǔ)言Javascript來(lái)實(shí)現(xiàn)：時(shí)間傳感器的輸出可以控制插補(bǔ)器和Javascript的輸入，而插補(bǔ)器和Javascript的輸出又可以控制零件的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)等動(dòng)作。對(duì)于液壓試驗(yàn)機(jī)，在對(duì)相應(yīng)按鈕設(shè)置觸發(fā)傳感器之后，時(shí)間傳感器開始作用，此時(shí)，表盤指針指示壓力的變化，兩個(gè)螺桿旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，下滑塊移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拉伸或者壓縮液壓試驗(yàn)機(jī)試樣的運(yùn)動(dòng)。為實(shí)現(xiàn)兩個(gè)螺桿旋轉(zhuǎn)和下滑塊移動(dòng)的動(dòng)畫路由，包括時(shí)間傳感器、位置插補(bǔ)器和朝向插補(bǔ)器的設(shè)置。
　　
　　2．2材料力學(xué)性能試驗(yàn)仿真的關(guān)鍵技術(shù)材料力學(xué)性能試驗(yàn)仿真的關(guān)鍵技術(shù)包括液壓試驗(yàn)機(jī)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(yàn)機(jī)試樣變形的實(shí)現(xiàn)此處以壓縮塑陛材料為例，液壓試驗(yàn)機(jī)試樣變形通過(guò)開關(guān)節(jié)點(diǎn)和腳本實(shí)現(xiàn)，在開關(guān)節(jié)點(diǎn)中內(nèi)聯(lián)液壓試驗(yàn)機(jī)試樣變形的關(guān)鍵狀態(tài)文件。其中，腳本語(yǔ)句和路由語(yǔ)句如下：在瀏覽器中，點(diǎn)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(yàn)機(jī)試樣經(jīng)過(guò)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(yàn)機(jī)在仿真測(cè)試材料性能時(shí)，同時(shí)可以輸出應(yīng)力應(yīng)變曲線，這樣使得材料力學(xué)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(yàn)機(jī)試樣變形技術(shù)一樣，通過(guò)開關(guān)節(jié)點(diǎn)和腳本實(shí)現(xiàn)。圖3為塑性材料液壓試驗(yàn)機(jī)試樣變形及與其對(duì)照的應(yīng)力應(yīng)變曲線的虛擬現(xiàn)實(shí)。
　　
　　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(shí)中的3D聲音傳播方式，給人現(xiàn)實(shí)中的聽(tīng)覺(jué)感受。為了達(dá)到虛擬工作過(guò)程的逼真效果，具體做法是，首先錄制液壓試驗(yàn)機(jī)各種動(dòng)作的現(xiàn)場(chǎng)聲音，然后進(jìn)行剪裁和分段處理，通過(guò)聲音節(jié)點(diǎn)給VRML世界添加合適的聲音。

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