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上传者: 余--盛 2013-10-23 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《ADAMS实例教程pdf》,可适用于人文社科领域,主题内容包含前言随着科技的发展计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各个设计领域。现在它已经突破了二维图纸电子化的框架转向以三维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分符等。

前言随着科技的发展计算机辅助设计技术越来越广泛地应用在各个设计领域。现在它已经突破了二维图纸电子化的框架转向以三维实体建模、动力学模拟仿真和有限元分析为主线的虚拟样机制作技术。使用虚拟样机技术可以在设计阶段预测产品的性能优化产品的设计缩短产品的研制周期节约开发费用。本书从最基础的入门讲起介绍了建立虚拟样机软件在工程上的应用以此推动虚拟样机技术在我国的普及。机械系统动力学仿真分析软件ADAMS可以直接创建完全参数化的机械系统几何模型也可以使用从其他CAD软件(如:ProENGINEER)传过来的造型逼真的几何模型然后在几何模型上施加约束、力力矩和运动激励最后对机械系统进行交互式的动力学仿真分析在系统水平上真实地预测机械结构的工作性能实现系统水平的最优设计。作为一名系统分析工程师作者参加了多个国家级大型项目的研制工作深深地体会到学习ADAMS软件的艰辛。作者希望把这些年来在设计产品中使用ADAMS软件的经验感受贡献出来和大家分享以使后来者能够更快地进入ADAMS软件提供的机械系统动力学仿真领域。在本书各个章节中结合大量的工程实例通过图形化的说明和具体操作过程介绍了ADAMS软件的设计流程、在动力学仿真分析方面的应用、ADAMS软件的二次开发以及ADAMS软件与控制软件和有限元分析软件的接口等等。通过本书的学习可以使您熟练地使用ADAMS软件并进行产品的系统分析。本书的第一章、第二章由郭海涛编写第三章、第四章和第八章由李军编写第五章和第六章由邢俊文编写第七章由覃文洁编写。在编写过程中得到了谷中丽教授的指导和MDI中国办事处的支持在此表示感谢。感谢所有为本书做出贡献的人。由于时间仓促、作者水平有限书中错误在所难免欢迎广大读者批评指正。编者I目录第一章ADAMS的界面ADAMS简介()ADAMS的界面()ADAMS的零件库()ADAMS的约束库()ADAMS的设计流程()ADAMS的分析和计算方法()广义坐标的选择()动力学方程的建立()动力学方程的求解()静力学分析、运动学分析和初始条件分析()计算分析过程综述()第二章ADAMS应用基础设置工作环境()创建物体()创建约束副()施加力()仿真和动画()输出测量曲线()第三章ADAMS应用实例夹紧机构模型()创建模型()测试模型()验证模型()细化模型()迭代模型()优化设计()定制界面()汽车前悬架模型()创建前悬架模型()测试前悬架模型()II细化前悬架模型()定制界面()优化前悬架模型()汽车整车模型()创建底盘模型()创建前悬架模型()创建转向机构模型()创建后悬架模型()创建轮胎和地面谱()仿真模型()第四章ADAMS应用中的技巧静平衡的求法()建立模型()建立微分方程()定义作用力()求解静平衡()保存模型()约束副的失效()建立模型()建立传感器()描述仿真过程()仿真模型()保存模型()碰撞力的解除()建立模型()创建碰撞力()编辑宏命令()创建命令菜单()设置状态变量()解除碰撞力()仿真模型()保存模型()第五章ADAMSView的用户化设计定制用户界面()定制菜单()定制对话窗()使用宏命令()III宏命令参数的用法()创建宏命令()宏命令应用实例()宏命令应用技巧()使用条件循环命令()综合应用实例()基本格式()履带模型对话窗()履带模型建立过程()第六章ADAMS控制系统设计控制工具箱的使用()控制系统设计流程()控制环节的用法()创建控制系统()应用实例()ADAMSControls的应用()ADAMSControls的设计流程()ADAMSControls应用实例()仿真参数的设置()第七章ADAMSFlex柔性分析模块概述()关于ADAMSFlex中的柔性体()使用ADAMSFlex()ADAMSFlex柔性体理论()柔性体的表示()柔性体的运动微分方程()在ADAMSView中使用柔性体()在模型中引入柔性体()对柔性体进行校验()设置柔性体进行仿真()观察仿真结果()使用ADAMSFlex工具箱()浏览模态中性文件()将模态中性文件转换成矩阵文件()优化模态中性文件()运行MSCNASTRAN模态中性文件转换器()在ADAMSSolver中使用ADAMSFlex()IV选择模态和结点()创建矩阵文件()添加注释()模态非线性变形()建立由几段短梁组成的柔性梁()建立整梁的模型()建立旋转轴()仿真及结果()利用有限元分析生成模态中性文件()生成模态中性文件对有限元模型的要求()设置文件转换选项()利用有限元分析软件ANSYS生成模态中性文件()第八章MECHANISMPro模块简介MECHANISMPro的设计流程()应用实例()创建装配模型()定义刚体()创建约束副()传送模型及仿真分析()参考文献()第一章ADAMS的界面ADAMS简介ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)软件是美国MDI(MechanicalDynamicsInc)公司开发的机械系统动力学仿真分析软件它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库创建完全参数化的机械系统几何模型其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法建立系统动力学方程对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS软件包括核心模块ADAMSView和ADAMSSolver以及其他扩展模块。ADAMSView(界面模块)是以用户为中心的交互式图形环境它提供丰富的零件几何图形库、约束库和力库将便捷的图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X–Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。ADAMSSolver(求解器)是ADAMS软件的仿真“发动机”它自动形成机械系统模型的动力学方程提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADAMSSolver有各种建模和求解选项以便精确有效地解决各种工程问题。ADAMSControls(控制模块)可以通过简单的继电器、逻辑与非门、阻尼线圈等建立简单的控制机构或者利用在通用控制系统软件(如:MATLAB、MATRIX、EASY)中建立的控制系统框图建立包括控制系统、液压系统、气动系统和运动机械系统的仿真模型。ADAMSLinear(系统模态分析模块)可以在进行系统仿真时将系统非线性的运动学或动力学方程进行线性化处理以便快速计算系统的固有频率(特征值)、特征向量和状态空间矩阵更快更全面地了解系统的固有特性。ADAMSFlex(柔性分析模块)提供ADAMS软件与有限元分析软件之间的双向数据交换接口。利用它与ANSYS、MSCNASTRAN、ABAQUS、IDEAS等软件的接口可以方便地考虑零部件的弹性特性建立多体动力学模型以提高系统的仿真精度。MECHANISMPro(ProE接口)是连接ProE与ADAMS之间的桥梁二者采用无缝连接的方式不需要退出ProE应用环境就可以将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统进行系统的运动学仿真并进行干涉检查、确定运动锁止的位置计算运动副的作用力等等。ADAMSCar(轿车模块)是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车设计模块它能够快速建造高精度的整车虚拟样机其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等可以通过高速动画直观地再现在各种试验工况下(例如:天气、道路状况、驾驶员经验)整车的动力学响应并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数。ADAMSDriver(驾驶员模块)是在德国的IPGDriver基础上经过二次开发而形成的成熟产品它可以确定汽车驾驶员的行为特征确定各种操纵工况(例如:稳态转向、转弯制动、ISO变线试验、侧向风试验等)同时确定转向盘转角或转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器挡位等提高车辆动力学仿真的真实感。ADAMSDriver还可以通过调整驾驶员行为适应各种汽车特定的动力学特性并具有记忆功能。ADAMSRail(铁道模块)是由美国MDI公司、荷兰铁道组织(NS)、Delft工业大学以及德国ARGECARE公司合作开发的专门用于研究铁路机车、车辆、列车和线路相互作用的动力学分析软件。利用ADAMSRail可以方便快速地建立完整的、参数化的机车车辆或列车模型以及各种子系统模型和各种线路模型并根据分析目的不同而定义相应的轮轨接触模型可以进行机车车辆稳定性临界速度、曲线通过性能、脱轨安全性、牵引制动特性、轮轨相互作用力、随机响应性能和乘坐舒适性指标以及纵向列车动力学等问题的研究。ADAMS的界面确信ADAMS软件已经由MDI公司的工程师安装成功或者按照该软件的安装说明已经正确安装。双击ADAMSView在屏幕上的快捷图标或者从“开始”菜单中选择“程序”选择“ADAMS”(本书以ADAMS为例)再选择“AView”中的“ADAMSView”即可启动ADAMSView如图–所示。图–ADAMS启动界面ADAMS启动界面包括三部分:欢迎对话窗(WelcometoADAMS)、主工具箱(MainToolBox)和工作窗口(ADAMS)。欢迎对话窗有四个选项:Createanewmodel创建新模型Openanexistingdatabase打开一个已经存在的模型Importafile通过读入ADAMSView命令文件或ADAMSSolver数据文件开始一个新模型Exit退出ADAMSView。选择“Createanewmodel”使用系统默认的文件名model按“OK”就可以创建新模型modelbin如图–所示。图–ADAMS界面在工作窗口的左上角显示有模型的名称(model)左下角显示有三维坐标系(x、y、z)的方向工作窗口还显示重力(Gravity)及其方向(默认为–y方向)和工作捕捉点等。在ADAMSView菜单栏中选择“File”菜单中的“SaveDatabase”命令可以保存创建的模型(图–)。选择“File”菜单中的“Exit”命令可以退出ADAMSView(图–)。图–保存模型命令图–退出ADAMS命令ADAMS的零件库在ADAMSView的主工具箱(MainToolBox)中选择图标按右键系统弹出ADAMSView的零件库如图–所示。下面介绍ADAMSView零件库中常用零件几何模型的属性:(Link):创建连杆。创建连杆需要画一条线来确定连杆的长度(Length)。缺省时(图–)ADAMSView创建的连杆的宽度(Width)为连杆长度(Length)的连杆的厚度(Depth)为连杆长度(Length)的连杆两端的半径为连杆宽度的一半。创建连杆前也可以定义连杆的长度、宽度和厚度。图–连杆(Link)图–ADAMS的零件库(Box):创建长方体。创建长方体需要画出长方体的长度(Length)和高度(Height)。缺省时(图–)ADAMSView创建的长方体的厚度(Depth)为长方体长度(Length)和高度(Height)中较小尺寸的两倍(d=min(lh))。创建长方体前也可以定义长方体的长度、高度和厚度。图–长方体(Box)(Cylinder):创建圆柱体。创建圆柱体需要画出圆柱体的中心线来确定圆柱体的长度(Length)。缺省时(图–)ADAMSView创建的圆柱体的半径(Radius)为圆柱体中心线长度(Length)的。创建圆柱体前也可以定义圆柱体的长度和半径。(Sphere):创建球体。创建球体需要定义其原点(CenterPoint)和三个方向的半径(Radii)如图–所示。图–圆柱体(Cylinder)图–球体(Sphere)(Frustum):创建截锥体。创建截锥体需要画出截锥体的长度(Length)。缺省时(图–)ADAMSView创建的截锥体的顶部半径(TopRadius)为截锥体长度(Length)的底部半径(BottomRadius)为截锥体长度(Length)的。创建截锥体前也可以定义截锥体的长度以及其顶部和底部半径。(Torus):创建圆环。创建圆环需要定义圆环的中心(Centerpoint)和外径(Outerradius)缺省时(图–)ADAMSView创建的圆环的内径(Innerradius)为圆环外径(Outerradius)的。创建圆环前也可以定义圆环的内径和外径。图–圆锥体(Frustum)图–圆环(Torus)(Extrusion):创建拉伸体。创建拉伸体需要画出拉伸体的截面(Profile)并定义其长度(Length)ADAMSView创建的拉伸体的生长方向为屏幕z轴的正方向如图–所示。拉伸体的生长方式有三种:向前(Forward)、向两边(AboutCenter)和向后(Backward)如图–所示。图–拉伸体(Extrusion)图–拉伸体的生长方式(Revolution):创建旋转体。创建旋转体需要定义其旋转轴线(Axis)和截面(Profile)如图–所示。图–旋转体(Revolution)(Plate):创建平板。创建平板至少需要定义三个位置根据需要也可以定义它的厚度(Thickness)和圆角半径(Radius)如图–所示。图–平板(Plate)ADAMS的约束库在ADAMSView主工具箱(MainToolBox)中选择图标按右键系统弹出ADAMS的约束库如图–所示。下面介绍ADAMS约束库中常用的约束副:(RevoluteJoint):旋转副。旋转副只允许两个物体绕一条共同的轴线旋转它可以在旋转轴线的任意位置旋转副的方向决定旋转轴线的方向如图–所示。一个旋转副可以从模型中去除个自由度。图–ADAMS的约束库图–旋转副(RevoluteJoint)(TranslationalJoint):移动副。移动副只允许两个物体沿一条轴线相互移动移动副的位置不影响物体的运动移动副的方向确定物体滑移的方向如图–所示。一个移动副可以从模型中去除个自由度。(CylindricalJoint):圆柱副。圆柱副允许两个物体沿一条轴线既可以滑动又可以旋转圆柱副可以在轴线的任意位置圆柱副的方向确定轴线的方向如图–所示。一个圆柱副可以从模型中去除个自由度。(SphericalJoint):球副。球副允许两个物体相对于一点自由转动但是没有平移球副的位置确定旋转点的位置如图–所示。一个球副可以从模型中去除个自由度。图–移动副(TranslationalJoint)图–圆柱副(CylindricalJoint)图–球副(SphericalJoint)(FixedJoint):固定副。固定副就是把两个物体固结在一起两个物体没有相对运动固定副的位置和方向都不影响仿真结果。因此可以将其放在容易看见的位置如图–所示。一个固定副可以从模型中去除个自由度。(HookeUniversalJoint):万向节副。万向节副允许一个物体把旋转运动传递给另一个物体并且两个物体的旋转轴线可以有夹角万向节副的位置确定两个物体的连接点万向节副的方向如图–和图–所示。一个万向节副可以从模型中去除个自由度。图–固定副(FixedJoint)图–万向节副(HookeJoint)图–万向节副(UniversalJoint)(ConstantVelocityJoint):恒速度副。恒速度副允许两个物体以相等的速度旋转恒速度副的位置确定两个物体的连接点恒速度副的方向如图–所示。一个恒速度副可以从模型中去除个自由度。图–恒速度副(ConstantVelocityJoint)(PlanarJoint):平面副。平面副允许一个物体在另一个物体的平面内滑动和转动平面副的位置确定约束平面通过的点平面副的矢量方向垂直于约束平面如图–所示。一个平面副可以从模型中去除个自由度。(ScrewJoint):螺纹副。螺纹副允许一个物体相对于另一个物体的轴线旋转并且有轴向移动。确定螺纹副时还需要定义螺距值正的螺距值创建右手螺纹负的螺距值创建左手螺纹如图–所示。图–平面副(PlanarJoint)图–螺纹副(ScrewJoint)(GearJoint):齿轮副。齿轮副允许两个物体在共同的速度点以相同的速度运动它通过耦合两个约束副连接两个物体约束副可以为移动副、旋转副或圆柱副。根据约束副的不同可以创建齿轮传动、螺旋传动、齿轮–齿条传动等如图–所示。(CouplerJoint):耦合副。耦合副可以把两个或三个约束副连接在一起它以一定的比例关系定义约束副之间的平移和或旋转运动如图–所示。图–齿轮副(GearJoint)图–耦合副(CouplerJoint)(PininSlotCam):销–槽凸轮副。销–槽凸轮副允许一个物体上的固定点在第二个物体的曲线上自由翻转和滑动固定在第二个物体的曲线可以是开口曲线也可以是闭合曲线如图–和图–所示。一个销–槽凸轮副可以从模型中去除个自由度。图–销–槽凸轮副图–销–槽凸轮副(PininSlotCam开口曲线)(PininSlotCam闭合曲线)(CurveonCurveCam):曲线–曲线凸轮副。曲线–曲线凸轮副要求第一个物体的曲线必须和第二个物体的曲线接触定义的这两条曲线必须在同一个平面内两条曲线可以为开口曲线也可以为闭合曲线如图–所示。一个曲线–曲线凸轮副从模型中去除三个自由度。ADAMS的设计流程ADAMS的设计流程如图–所示它包括以下几个方面:图–曲线–曲线凸轮副(CurveonCurveCam)图–ADAMS的设计流程()创建(Build)模型在创建机械系统模型时首先要创建构成模型的物体(Part)它们具有质量、转动惯量等物理特性。创建物体(Part)的方法有两种:一种是使用ADAMSView中的零件库创建形状简单的物体(Part)另一种是使用ADAMSExchange模块从其他CAD软件(如:ProE)输入形状复杂的物体(Part)。使用ADAMSView创建的物体一般有三类:刚体、点质量和弹性体。其中:刚体拥有质量和转动惯量但是不能变形点质量是只有质量和位置的物体它没有方向使用ADAMSView还可以创建分离式的弹性连杆并且可以向有限元分析软件(如:ANSYS)输出载荷。创建完物体(Part)后需要使用ADAMSView中的约束库创建两个物体之间的约束副(Constraint)这些约束副(Constraint)确定物体之间的连接情况以及物体之间是如何相对运动的。最后通过施加力(Force)和力矩(Torque)以使模型按照设计要求进行运动仿真。()测试(Test)和验证(Validate)模型创建完模型后或者在创建模型的过程中都可以对模型进行运动仿真通过测试整个模型或模型的

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