ADAMS全面教程

文档格式：PPT| 271 页|大小 7.96MB|积分 15|2021-06-10 发布|文档ID：23664357

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常见问题

机械系统的建模和结构分析主要内容机械系统的组成参考机架坐标系机械系统的自由度速度、加速度和角加速度机械系统的组成机械系统是机器和机构的总称，由构件和零件组成机构由两个以上具有相对运动的构件组成，用于传递运动或改变运动形式机器是由若干机构组成的系统机构的构件既保持接触，又有一定的相对运动运动副：两构件既保持接触，又有一定的相对运动的连接参考机架参考机架：计算速度、加速度的参考坐标系地面参考机架：为独立的惯性参考坐标系构件参考机架：对每一个刚体都有一个参考机架，刚体上各点相对于该构件参考机架是静止的。

坐标系地面坐标系：固定坐标系构件机架坐标系：固定在构件上随构件运动，它相对地面坐标系的位置和方向确定构件的位置和方向标记坐标系：也称标记固定标记：固定在构件上，用于确定构件的形状、质心、力的作用点和构件的连接位置浮动标记：相对构件运动，有的力和运动要用它定位坐标系 xz” y” x”z y xz y 固定坐标系标记坐标系构件坐标系确定坐标系的位置和方向欧拉角法：坐标系原点在基准坐标系中的坐标，三点法： X-Z点法：欧拉角法：坐标系原点在基准坐标系中的坐标 x0,y0,z0 坐标系相对基准坐标系的旋转轴、旋转角度和旋转顺序常用为 3-1-3旋转法则： 1、 2、 3代表 x 、 y、 z轴， 3-1-3表示先绕基准坐标系的 z轴旋转，再绕基准坐标系的 x轴旋转，最后再绕基准坐标系的 z轴旋转。

共有 24种组合，代表不同的旋转方式不能连续对基准坐标系的同一轴旋转三点法：不在同一直线上的三点 A,B,C在定位坐标系的坐标值； A,B,C， 3点在基准坐标系的坐标值； X-Z点法：定位坐标系原点 O在基准坐标系中的坐标 x0,y0,z0 定位坐标系 x或 z轴上一点 A的坐标 x-z平面上另一点 B的坐标 , B 点与 O, A不共线机械系统的自由度自由度：机械系统中各构件相对地面构架的独立运动数 n 活动构件数， m 运动副总数 Pi - 第 I个运动副的约束条件数 Q j -第 I个原动机的驱动约束条件数 S - 原动机总数 Rk 其它约束条件数 ksj jmi i RQPnF 116 系统的自由度例系统自由度 F 0, 且 Qj= 0，系统蜕化为刚体系统。

系统自由度 F 0, 且 Qj 0，表明原动机将不能驱动系统，或系统在薄弱环节将损坏当 F = 0, 且 Qj 0，机械系统有确定运动当 F 0, 机械系统没有确定的相对运动系统自由度的计算复合铰链： m个构件在一处以铰链联接局部自由度：与构件运动无关的自由度虚（重复）约束：轨迹重合转动副轴线重合移动副导轨平行其它重复约束 (m-1)虚约束对刚体无影响，对柔性体可增加刚度，但在计算运动将删除虚约束速度计算 xzy xozy oprrprrr AA AAAA rrrrrArr zyxoA rArr Tpp oxyz 的方向余弦变换矩阵对设地面坐标系 o-xyz, 构件坐标系 o-xyz, p点固结在构件坐标系 o-xyz，它在地面坐标系 o-xyz中的矢量为机械系统动态仿真 Dynamic Simulation of Mechanical System美国 MSC公司 ; MDI(Mechanical Dynamics Inc.) ADAMS: Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems MSC. ADAMS Adams 是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能， http:/202.38.65.108/ylb/yqsb/gccl/2005060716.htm 参考资料 ADAMS虚拟样机技术入门与提高郑建荣编著北京机械工业出版社 2002 ADAMS实例教程李军 , 邢俊文 , 覃文洁等编北京北京理工大学出版社 2002 虚拟样机技术及其在 ADAMS上的实践王国强 , 张进平 , 马若丁编西安西北工业大学出版社 2002 软件： ADAMS v11 帮助文档作业上机练习 1, 2, 3 上机大作业，参考 ADAMS / View 使用入门练习 ftp:/202.38.71.7Username: studentPassword: student 虚拟样机 Virtual Prototyping 真实系统的功能仿真大大减少设计 - 样机 - 试验 - 改进循环所需时间提高产品质量降低成本 “目标是将开发时间从 60个月降为 12个月，和把成本从 60-70亿降为 10亿美元 ”Boeing, Commercial Airplane GroupGetting There Faster 数字汽车 Full Vehicle底盘引擎传动车身Suspension SteeringBrakesTires ValvetrainCranktrainChain/BeltAcc. Drives TransmissionClutchDifferentialAxles/CV Body-in-whiteFrameSeatingRestraintsRoadDriverTest Rigs 虚拟样机成功案例汽车机械铁路、工程机械航空、航天、国防虚拟样机技术在各主要工业部门都取得显著成就飞机着陆时的起落架变形飞机着陆时的起落架变形 ADAMS/PPT (后处理 ) 液压 +机械仿真Hydraulic + Mechanical Simulation 可运行包含液压回路的整个系统仿真静态、瞬态、动态和线性分析调整液压元件参数使系统优化获得所有液压仿真分析结果包括压力、流量、阀门位置、 , 油缸位置等。

空间望远镜展开系统概念设计高性能越障机器人的性能设计 ADAMS /View, Solver 求解器 ADAMS/PostProcessor 后处理 ADAMS/Controls 控制 ADAMS/Hydraulics 液压 ADAMS/Flex 柔性 ADAMS/Animation 动画 ADAMS/Linear 线性 ADAMS/Exchange 接口 ADAMS/Insight 优化 ADAMS/Car 轿车 Vehicle Design Suspension Design ADAMS/Driver 驾驶员 ADAMS/Engine 引擎 ADAMS/Pre 轿车性能 ADAMS/Tire 轮胎 ADAMS/Rail 机车 CAT/ADAMS MECHANISM/Pro ADAMS/SDKCAD 嵌入模块 ADAMS 动态仿真模块 MSC. SoftwareMSC.ADAMS、 MSC.Nastran、 MSC.Fatigue集成方式 * 由 MSC.Nastran对部件进行有限元分析，生成含有模态信息的 mnf文件； * 将 mnf文件导入 MSC.ADAMS中，创建刚柔耦合模型； * 由 MSC.ADAMS对机构进行动力学分析； *分析得载荷和位移等边界条件可转入 MSC.Nastran进行详细的应力、振动、噪音分析； *分析得到的载荷时间历程信息可通过格式文件转入 MSC.Fatigue中进行疲劳分析。

数字工程Digital Engineering Product Data Management SystemTraditional Component-focused CAD/CAE/CAMSystem-focused Virtual PrototypingDesign - Development - ProductionCAD CAE CAMVirtualMock-up Virtual Prototyping Maintain, Collapse 选 Same As和维持（ Maintain），当设标记 Mar_1与标记 Mar的方位关系如下： (ORI_RELATIVE_TO (90d, 90d, 0, .MODEL_1.PART_1.MAR_2) 执行之前执行之后维持 Maintain 参数化：使用 f(x)工具 -Collapse 选收缩（ Collapse）使对象的标记与参考点、标记重合实行后位置关系成为：(LOC_RELATIVE_TO ( 0,0,0, .model_1.part_1.POINT_1) 执行前执行后收缩 Collapse 参数化：使用 f()工具 -Collapse 选项 Same As和收缩 Collapse使对象标记的方位与参考点或标记坐标系方位完全相同。

施行后方位关系成为： (ORI_RELATIVE_TO (0, 0, 0, .MODEL_1.PART_1.MAR_2) 原方位施行后选项： Collapse 沿轴定向 Along Axis 使标记、约束、力的坐标系的一轴矢与两标记的联接矢量同向对杆件上标记 Mar_4设定如下条件时：(ORI_ALONG_AXIS (.MODEL_1.PART_1.MAR_4, .MODEL_1.PART_1.MAR_1, “z”) 当拖动标记 Mar_1时，约束杆件的标记 Mar_4的 Z轴（因而杆件）始终保持与 Mar_ 4Mar_1的联接矢量同向用选项 Same As 或 In Plane 可使 3轴或两轴互相平行设计变量 Design Variables 创建设计变量： BuildDesign VariableNew 在任意对话框的数值输入区（限于标量）弹出右键菜单，选 ParameterizeCreate Design Variable 修改设计变量： BuildDesign VariableModify 删除设计变量： EditDelete弹出 Database Navigator 选设计变量 OK ToolsTable Editor选 Variables 选要删的设计变量右键菜单 Delete 创建设计变量变量名；单位类型 : Real, Integer, String, Object 标准值及值范围：绝对最大、最小值，差值； % 最小值、最大值允许优化时不考虑值的范围列出允许值还可自己定点数及其数值：按 Generate 允许设计研究不考虑此列表创建设计变量允许值 ADAMS 函数 Function Design-Time Functions 模型设计时用于参数化定义的函数，通常在定义时即计算，其值在运行过程中不变，但优化和设计研究除外。

ADAMS提供了 200多个设计时的函数，用户也可定义自己的函数 Run-Time Functions 运行（仿真、实验设计、优化 )时计算 ADAMS提供了许多运行时的函数，用户也可定义自己的函数 Help: view_fn.pdf Design-Time Functions 设计时函数 Math Functions 数学函数 Location / Orientation Functions 位置 /方向 Modeling Functions 建模函数 Matrix / Array Functions 矩阵 /向量函数 String Functions 字符串函数 Database Functions 数据库函数 Miscellaneous Functions 杂类函数 Run-Time Functions Displacement Functions 位移函数 Velocity Functions 速度函数 Acceleration Functions 加速度函数 Contact Functions 接触函数 Spline Functions 样条函数 Force in Object Functions 对象上的力函数 Resultant Force Functions 作用于一点的合力函数 Math Functions 数学函数 Data Element Access 数据单元访问函数 User-Written Subroutine Invocation 用户子程序函数 Constants q：相对速度q1：低触发距离，冲击力起作用的低端距离 q2：高触发距离，冲击力起作用的高端距离 K：刚度系数； e：刚度力指数 c：阻尼系数； d：阻尼斜坡距离双边冲击函数例：块和两平面的冲击条件函数 IF IF(Expr1: Expr2, Expr3, Expr4) Expr1：计算的表达式 . Expr2： Expr1的值 0, 返回 Expr4的值 IF 函数例Function IF ( time - 2.5: 0, 0.5, 1 ) Result 0.0 if time 2.5 实验设计步骤确定实验目的，如确定哪些变量对系统影响最大。

选择一组因子（ Factor）测量系统的响应确定每个因子的值 ( levels)，计划一组实验 (runs or trials)，每组实验用不同的因子这些实验的组合称为实验设计执行这些实验，记录各实验中系统的性能分析性能的不同，确定哪些最影响系统性能因素实验设计过程实验设计中的水平不直接给出因子 ( Factor )的值，只给出索引号，即因子的水平号，如 -2, -1, 0, +1, +2共 5个水平或 -1， +1两个水平等最小的水平号对应因子的最小允许值，最大的水平号对应因子的最大允许值中间的水平号对应的值平均分配例如某因子的最大允许值为 16，最小允许值为 0，3个水平的索引号为 -1， 0， +1，分别对应于 0， 8，16。

选择水平的通常方法 Screening 选择最影响系统的性能的因子只选取最大和最小值，故通常称为两水平分析 Response Surface Methods (RSM) 将实验结果拟合多项式，易于判断参数对系统性能的影响而且可以作为优化的输入，或作为大系统的子系统模型二次（ Quadratic） RSM选择最大、最小和平均值进行 3个水平的分析，三次（ Cubic）RSM用最大、最小、 1/3和 2/3范围 4个水平的分析选择水平的方法 Full Factorial 全因子法 Fractional Factorial 部分因子法 Plackett-Burman 法 Box-Behnken 法 Central Composite Faced (CCF) 法 D-Optimal 法 Full Factorial 全因子法最全面，用各个因子水平的所有组合进行分析。

试验次数为 mn： m 水平数， n 因子数只适合因子数少的场合可进行混合水平分析，各个因子可取不同的水平数部分因子法 Fractional Factorial 和 Plackett-Burman 法用全因子设计的子集，所以也称为缩减因子设计（ reduced-factorial designs） Fractional Factorial 设计用的实验次数为 2的整数幂 (4, 8, 16.) Placket-Burman设计用的实验次数为 4的整数倍 (4, 8, 12, ., 48) Box-Behnken 法每个因子用 3个水平，但只用部分组合如右图： 3个因子用 3个水平，在每两个因子组成的参数平面上只取 4点，中心再取 1点，共 13次实验全因子法要 33=27次实验可能的因子数为 3, 4, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12, 16 Central Composite Faced (CCF) 法取参数平面上的顶点和中心点。

实验次数为 2n+2*n+1, 多于 Box-Behnken法 D-Optimal 法从大量候选点中随机挑选，可事先指定试验次数、每个因子的水平数挑选的准则是选出的点组成的矩阵的行列式（ determinant）值最大这表示矩阵的列向量相关性最小数据的建立和访问数据类型：数组 Array 曲线 Cirve 样条 Spline 矩阵 Matrix 字符串 String 建立和储存各种类型的数据可方便重复使用，并节省内存保存和访问数据数据类型：数组 Array 曲线 Cirve 样条 Spline 矩阵 Matrix 字符串 String 建立和储存各种类型的数据可方便重复使用，并节省内存数据单元的用途 Array ：定义输入值、变量、初始条件，可用于线性状态方程、通用状态方程、传递函数和 ARYVAL run-time函数。

Curve：定义三维参数曲线，曲线点直接给定或用子程序，可用于 Curve-to-curve和 point-to-curve约束、B-spline 样条曲线和 CURVE run-time 函数 Spline：定义插值的离散数据，可用于 AKISPL和CUBSPL run-time函数 Matrix：两维数组的值可用于线性状态方程、曲线和多点力 String：定义字符串，可用于轮胎、 TIRSUB、 GTSRTG用户子程序建立数据单元方法在 ADAMS/View 菜单 BuildData elements 选 Array, Curve, Spline, Matrix, String 选 New：创建新的数据单元 Modify：修改数据单元数组单元 Array 普通 /初始条件 General/Initial Conditions ：定义通常的数组或系统单元的初始条件，用常数数组或用户子程序形式表示。

状态数组 States (X) 输出变量数组 Outputs (Y) 输入变量数组 Inputs (U) 用以定义系统状态方程或传递函数其中，初始条件和输入数组可单独存在建立数组数据单元输入数组单元名称、选择类型、输入数组元素的值，检查数组的大小是否正确 Array 大小矩阵单元 Matrix 产生 MxN二维数组 , 用于建立曲线、线性状态方程、多维力等用矩阵名称引用其数据输入数据方法：直接输入，或引用仿真结果输入到矩阵中创建矩阵矩阵名称单位输入方式：完全 Full, 稀疏 Sparse, 文件输入顺序：按列、按行数据来源：用户输入：输入行数、列数、循序输入数据仿真结果：输入结果集名称文件：输入文件名、文件中数组名称稀疏矩阵输入法例： 7999.0 008.4 000546.30364.1 在 Row index 栏输入 1, 3, 3, 4在 Column index 栏输入 1, 1, 2, 2在 Value栏输入： 1.364， -3.546， 4.008， 0.7999 稀疏矩阵输入正确性的检验ToolsDatabase navigatorMatrix 矩阵数据文件格式 ADAMSMAT2 字符串 Strings 可连续输入，但 ADAMS/View or ADAMS/Solver 读取字符串单元时不能将其断开。

在用户程序中用 GTSRTG subroutine 读取字符串应用举例：在程序中用字符串单元传递文件名曲线数据单元定义三维参数曲线，用于创建 pin-in-slot or curve-on-curve 凸轮轮廓曲线 (B-spline样条 ) 定义曲线方法：曲线点 (curve points)、控制点 (control points)、用户子程序 Curve points 创建通过数据点的均匀 B-spline样条曲线 Control points 由控制点生成均匀 B-spline样条曲线 Subroutine 编写子程序计算点坐标和导数产生各种类型的曲线或分析定义的曲线参数曲线 The x, y, and z coordinates of a point on a parametric curve are functions of anindependent parameter, alpha. As alpha varies from its minimum value to its maximum value, the functions x(alpha), y(alpha), and z(alpha) sweep out points on the curve. A simple example of a parametric curve is the helix defined by the following equations: x = cos(alpha) y = sin(alpha) z = alpha Curve Creation Steps 创建曲线单元 : 定义矩阵BuildData elementCurvev 曲线名v 标识号v 注释v 曲线闭合否v 定义方法：矩阵、子程序v 矩阵名 v 拟合类型：曲线点、控制点v 曲线段数 Segment countv 张紧度 Tension 创建曲线单元 : 用子程序BuildData elementCurvev 曲线名v 标识号v 注释v 曲线闭合否v 定义方法：子程序v 用户函数子程序名v 参数最小值 v 参数最大值v 子程序 Curve from Curve Points with Differing Tension Values Curve from Control Points Spline 样条单元用一些数据点创建连续函数： 2维曲线或 3维曲面。

用 spline创建非线性函数，例如对运动量，位移、速度、加速度作为时间、位移、速度、加速度或其它量的函数创建 Spline的一般方法：文件BuildData element SplineGeneral样条名称标识号注释线性插值： Yes, No单位：文件文件名数据块名通道输入数值至少有 4组以上的数据不支持表达式，必须是常数数必须按升序结果集给出 X,Y,Z仿真结果集名称样条图形表示线性插补符号原始曲线样条曲线斜率曲线尾部插值点数样条类型重计算创建或修改 Spline单元BiuldData elementSpline样条名称类型： 2D, 3D观看方式：数据表、曲线图单位：长度、力、变形、 .插补：线性、三次在最后添加数据在最前添加数据在指定行后插数据删去指定行数据表系统单元 System elements 系统单元创建微分方程或代数方程用以建立 ADAMS/View难以建立的系统部件模型。

系统单元如控制系统、电子机械系统、液压系统、风动作动器等系统单元可用以计算仿真的输出，例如阻尼器的能量耗散系统单元类型 Differential Equation：用户定义的变量对时间的导数间关系 General state equation：微分方程组和代数方程组， , outputs Linear state equation：经典的状态方程，用数组、矩阵表示 Transfer function：单输入 -单输出传递函数，用数组表示 State variable：用以定义代数方程 0),( tqqyyF t)u,g(x,y ),( tuxfx DuCxy BuAxx )()()( sxsysG 微分方程 m*x + c*x + k*x - f(t) = 0 x = displacement of mass x = velocity (i.e. x dot) x = acceleration (i.e. x dot-dot) m = mass = 5 c = damper damping constant = 10 k = spring stiffness constant = 20 f(t) = force applied to mass 状态方程二阶微分方程转为状态方程：设状态变量线性状态方程： )( 1010 tfmxxmcmkxx dd 0DC ,.20 , 24 10 BA设 )( , tfkxcxxmxx ddd xxd DuCxy BuAxx 。

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