全生命期性能数字样机作为一项工程课题,它不仅关注一个机械系统,或是系统中关键零件的设计性能,而且还关注其性能在整个可用生命期内随使用时间的变化过程。这就要求,一个全生命期性能数字样机要由能动态描述系统性能的动力学模型和能描述性能衰退的性能衰退模型通过集成形成。而不同的性能衰退模型通常来自不同的研究领域,这一要求引发了多领域模型的开发和集成问题。本文以挖掘机工作装置为研究对象,建立了性能随工作时间变化的全生命期性能数字样机。该数字样机使得全生命期性能预测成为可能。该数字样机包括一个能即时描述挖掘机工作装置物理行为的4自由度动力学模型,一个受泄漏影响的液压驱动装置动力学模型和动臂根部销轴与轴套的磨损及间隙变化模型。本文的主要贡献如下:基于牛顿-欧拉方法,通过引入因参考系旋转而产生的离心力影响、科里奥利力影响和力偶影响,建立了挖掘机工作装置在非惯性参考系下的4自由度动力学模型。同时,建立了该动力学模型中所有物理量的精确表达式,特别是工作装置绕竖直方向且过其质心的轴的转动惯量。该动力学模型除了作为一个知识集能为全生命性能预测提供服务外,还可以深入分析动力学模型中的各个因素对挖掘机工作装置物理行为的影响。接下来,建立了根部销轴与轴套之间的磨损和间隙变化模型,并基于该模型,进一步研究根部销轴与轴套磨损对终端铲斗运动轨迹的影响。通过对比在不同磨损阶段的销轴与轴套之间的间隙所影响的终端铲斗的轨迹,可以定量地研究终端铲斗即时的运动轨迹因动臂根部销轴与轴套间间隙变化而逐渐偏离的变化过程。接下来以密封圈磨损为研究对象,研究了液压装置的动力学性能退化过程。磨损和疲劳是工程机械中最常见的结构退化现象。本文考虑密封圈磨损导致的液压油泄漏,建立了受泄漏影响的液压驱动装置动力学模型。该模型包括:液压缸活塞动力学模型,基于浸透技术和接触技术的泄漏模型,密封圈磨损模型,密封圈在工作时的变形和弹力模型。该模型可以对工作装置的物理行为进行实时的分析。通过该模型,还能进一步地研究液压驱动装置中,活塞响应随磨损进程的变化情况,可用来预测密封圈的剩余使用期限。最后,以知识服务方法为纽带,通过将受泄漏影响的液压驱动装置动力学模型,以及根部销轴与轴套之间因为磨损而变化的间隙模型集成在一起,建立了挖掘机工作装置全生命期性能预测模型,即数字样机。基于已获得的数学模型,本文给出了以液压驱动装置活塞的响应和终端铲斗质心轨迹为主要性能指标的仿真结果。针对全生命期性能预测过程中,往往需要集成多领域知识的特点,本文发展了基于知识服务模式的知识集成方法。