《计算机仿真技术》整理6

第6讲:用adams进行仿真简介

虚拟样机技术的定义:虚拟样机（Virtual Prototyping 简称VP）技术又称为机械系统动态

仿真技术，是一项计算机辅助工程（CAE）技术。

工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验。

虚拟样机技术的特点:1.强调在系统层次上模拟产品的外观、功能及特定环境 下的行为；

2.可以辅助物理样机进行设计验证和测试；

3.可以在相同时间内“试验”更多的设计方案，从而易于

获得最优设计方案；

4.用于产品开发的全生命周期，并随着产品生命周期的 演进而不断丰富和完善；

5.支持产品的全方位测试、分析与评估；

6.减少产品开发时间(Product Developments)，产品尽快上市； 7.减少了设计费用(Design Cost);

虚拟样机技术应用软件:目前世界范围内流行使用的机械系统的仿真软件有 ADAMS和比利

时LMS的DADS（Dynamic Analysis and Design System）动力学分析和设计系统软件。

ADAMS是虚拟样机技术的杰出代表，它全称是Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System,即机械系统自动动力学分析系统。

ADAMS软件的启动方式：1）双击桌面快捷菜单A-View或右健-打开；

2）选择开始/所有程序/MSC.Software/ 1）双击桌面快捷菜单

A-View或右健-打开；

（2）选择开始/所有程序/MSC.Software/

MSC.ADAMS2005/AView/ADAMS-View

ADAMS软件的特点:（1）快捷方便的图形界面－A／View 。

（2）强大的建模和分析功能

（3）开放式结构。

ADAMS软件的建模方式：（1）应用ADAMS2005直接建立几何模型

（2）应用其他三维CAD软件建立几何模型，然后通过相应的接

口导入ADAMS2005

ADAMS软件的仿真功能及内容： （1）虚拟样机建模基础；

（2）函数的定义及其应用； （3）机构的参数化建模与设计； （4）虚拟样机的控制设计；

（5）柔性体建模及系统振动特性分析； （6）虚拟样机建模中的用户化设计。

虚拟样机建模基础

静力学、运动学和动力学分析：

(1)机械系统的静力学分析：在一定条件下，机械系统变成一个刚性系统，系统中的各构件之间没有相对运动，此时主要是分析在各种力的作用下，各构件的受力和强度问题。 (2)机械系统的运动学分析主要涉及系统及其各构件的运动分析，而与引起运动的力无关。

(3)机械系统的动力学分析主要涉及由外力作用引起的系统动力学分析。

Example 1: 如图所示为曲柄摇杆机构，已知各杆的长度为l1=120mm， l2=250mm， l3=260mm， l4=300mm，曲柄1匀速转动的角速度为W1= 1 rad/s。试： （1）创建该机构的虚拟样机模型；

（2）分析摇杆3的运动。（参考课件）

——启动ADAMS并设置工作环境 ：

如果没有出现主工具菜单可单击位于工作窗口右下角的图标（Display the Main Toolbox）；

在主工具箱中，有些按钮的右下角带有一个小箭头，则该按钮代表一个库，可将鼠标放在其上右击打开；

说明：之所以要修改质量特性和质心位置，是因为当所创建构件的几何形状与实际形状有很大差异时，可以使用简单模型来替代复杂模型，而将简单模型的质量特性和质心位置改为实际构件的质量特性和质心位置，将不会影响机械系统动力学分析的结果。

ADAMS中Marker点的作用：Marker具有独立的方向性，随零件和运动副的加入而产生，可作为零件或运动副位置的控制变量，格式为：.model_1.Part _1. marker_1。

ADAMS中Working Grid作用：菜单setting ——working grid，其中有两个参数size 和 spacing， spacing是设置工作栅格每个点之间的距离的，size是设置整个工作栅格大小的，其作用就是把绘图平面变成坐标图纸形式，便于绘图时捕捉到精确点。

Example 2: 如图所示为一小型压力机，已知各构件的长度为lAB=100mm， lBC=200mm， lAD=200mm。驱动力F作用在构件1的D点，大小为F=140N，且始终与AD保持垂直。滑块C向下运动压紧工件，其压紧力用弹簧力来模拟。弹簧的刚度K=5N/mm，阻尼系数C=0。 （1）试建立该压力机的虚拟样机模型；

（2）进行动力学仿真分析，给出在压紧过程中工件所受压力的变化情况。（参考

课件）

函数的定义及其应用-IF函数（重点）：

说明：IF(expr1:expr2,expr3,expr4)的含义为：

expr2?expr1?0?expr3?expr1?0?Fexpr4?expr1?0?

作业: 在进行凸轮机构设计时，一般先确定从动件的运动规律，再据此设计凸轮的轮廓曲线。假设已经确定了移动从动件（如图）的运动规律。(参考课件)

其中从动件的行程h=200mm，推程的运动角为Ф1=120°，远休止角为Ф2=60°，回程角为Ф3=150°，近休止角为Ф4=30°，凸轮的转动角W=30/S，凸轮的转角θ=W*t,t表示时间。

函数的定义及其应用-STEP函数(重点)：

STEP函数既可以用作设计函数也可以用作运行函数。当用作设计函数时，其格式为:STEP(A，x0，h0，xl，hl)，它表示从x0时的h0值，跳跃到x1时的h1值，也就是通常所说的阶跃函数，中间进行插值。 STEP函数格式/表示方法： （1）嵌入式 STEP (x, x0, h0, x1, （STEP (x, x1, h1, x2, （STEP (x, x2, h2,x3,h3 ) ））））

（当然你可以嵌套更多的）

（2）增量式 STEP (x, x0, h0, x1, h1)+STEP (x, x1, h2, x2, h3)+STEP (x, x2, h4,

x3, h5)+??

表达式如下：

2+STEP( time , 1 , 0 , 1.01 , 1.5 )+ STEP(time,2,0,2.01,1)+STEP( time , 3 , 0 , 3.01 , 1 )+STEP( time , 4 , 0 , 4.01 , 0.5 )+STEP( time , 5 , 0 , 5.01 , 1 )

作业：若将 Example 6 中作用力变化规律改为下图，结果会是什么样呢？

函数的定义及其应用-SPLINE函数：

SPLINE函数的用途是：将一组无法表达为一个已知函数的数值进行拟合，得到一个拟合曲线作为机械系统的运动或作用力的变化规律曲线。

机构的参数化建模

3D建模的方法：几何建模、特征建模、参数化建模、装配法建模等。

参数化的建模定义：把零件的特征/主要尺寸根据变化范围建立，并把各相关尺寸关联起来的建模仿法。

注意：参数化建模和动态尺寸驱动的区别。

建模的定义：装配法建模的定义：建立封闭机构（比如曲柄摇杆机构）模型时如果只知道杆件的长度，但不知准确地位置，可以先按杆件的长度建立各个杆件，然后再用运动副-2bod-2loc的方式关联各个连接点（装配在一起），就可以得到所需要的机构模型。

ADAMS机构参数化建模的过程：

创建机构模型——创建设计变量——选定坐标原点，创建及参数化点——修改变量值，仿真测试模型

ADAMS中Marker点的作用：Marker和Point都是点但是两者又有不同之处：Marker具有独立的方向性，随零件和运动副的加入而产生，可作为零件或运动副位置的控制变量，格式为：.model_1.Part_1. marker_1。Point不具独立的方向性，常用作进行参数化建模的控制点，或者是空间位置标记点。一般通过Table Builder进行修改。格式为：.model_1. part_1.point_1 。

传感器的定义：国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 传感器的作用： 感知物体的运动位置、物体之间碰撞力等。 ADAMS创建传感器的流程：

选择Simulate/Sensor/New——更改Expression文本框内容为要测量对象——更改类型，如greater than or equal

如果把传感器的值改为5.0，结果又会变成什么呢？——双击、修改。

仿真描述创建的流程：

选择Simulate/Simulation Script/New——更改Script Type为ADAMS/Solver Commands——在Append ACF Command下拉框选择Dynamic Simulation 作业：传感器和仿真过程描述的异同？

P227习题3；

柔性体：是相对于刚体的概念，它强调了可变形性，至于应力应变关系可以是线弹性，也可以是粘弹性或者弹塑料等。柔性体包括了弹性体。

弹性体：在外力作用下，内部各点的应变和应力一一对应，当外力除去后能恢复到原来状态的物体。

一般在何种情况下须考虑机构中构件的柔性？ 解：有一部分机构，构件的刚度降低弹性增加，即在运动过程中有必要对“柔性”加以考虑

在Discrete Flexible Link对话框中，Segments代表什么？它的取值大小对柔性杆的创建有怎样的影响？ 答案：Segments代表柔性杆组成单元，segments的取值大小决定柔性杆的柔性。 借助于有限元软件创建柔性构件（采用ADAMS/Flex方法）与直接 应用ADAMS软件创建柔性构件（采用Discrete Flexible Link法）的区别是什么？答案：直接 应用ADAMS软件创建柔性构件（采用Discrete Flexible Link法）只能创建简单柔性体，借助于有限元软件创建柔性构件（采用ADAMS/Flex方法）可以考虑比较复杂柔性体的弹性，在ADAMS/View中创建出复杂柔性体，进而有效提高机械系统的仿真精度。

分析机械系统的固有频率和振动模态的意义是什么？答案：避免发生共振，减轻振动影响，保证机械系统尽量平稳运行，延长其使用寿命，降低噪声。 用户化设计-概述 用户化设计的要素：

1、界面适合于展现功能，且符合市场需求； 2、界面适合于用户群体； 3、界面容易被用户理解； 4、一致性和个性化； 5、及时反馈操作信息； 6、防错和出错处理； 7、最少步骤，最高效率； 8、合理的布局； 9、合理的色彩； 10、国际化。

用户化设计的定义：软件使用者借用软件的开放接口，结合软件的具体使用环境设置方便自己使用的用户界面，包括用户对话框、用户菜单、宏命令和条件循环语句。

定制用户对话框的作用：使其比通用对话框更简洁、直观、侧重于与用户的交流、符合特定用户群体或个人的习惯。

定制用户对话框的作用：将用户化定制的有关命令统一放在定制的用户菜单，方便用户调用。

用户化设计-宏命令 使用宏命令的优点： 1、提示作用；

2、宏可以减少所需要的键位,加快反应速度； 3、让复杂的问题简单化 ；

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