ADAMS中接觸的定義及參數(shù)設(shè)置.doc

ADAMS中接觸的定義及參數(shù)設(shè)置一、接觸的定義接觸力類型1） 二維(2D)接觸：是指平面幾何形體之間的相互作用(比如圓弧、曲線和點(diǎn))。2） 三維(3D)接觸：是指實(shí)體之間的相互作用(比如球、圓柱、封閉的shell、拉伸體和旋轉(zhuǎn)體)。接觸力的計(jì)算方法1)基于回歸的接觸算法(Restitution-base contact)。ADAMS/Solver用這種算法通過懲罰參數(shù)與回歸系數(shù)計(jì)算接觸力。懲罰參數(shù)施加了單面約束，回歸系數(shù)決定了接觸時(shí)的能量損失。2)基于碰撞函數(shù)的接觸算法(IMPACT-Function-based contact)。ADAMS/Solver運(yùn)用ADAMS函數(shù)庫中IMPACT函數(shù)來計(jì)算接觸力。接觸碰撞模型碰撞函數(shù)的理論計(jì)算公式contactF為接觸力；x：兩碰撞物體的擠壓變形；d為滲入深度；接觸參數(shù)說明1）Stiffness指定材料剛度。一般來說，剛度值越大，積分求解越困難。2）Force Exponent用來計(jì)算瞬時(shí)法向力中材料剛度項(xiàng)貢獻(xiàn)值的指數(shù)。通常取1.5或更大。其取值范圍為Force Exponent，對(duì)于橡膠可取2甚至3；對(duì)于金屬則常用1.31.5。3) Damping定義接觸材料的阻尼屬性。取值范圍為Damping，通常取剛度值的0.114)Penetration Depth定義全阻尼(full damping)時(shí)的穿透值。在零穿越值時(shí)，阻尼系數(shù)為零；ADAMS/Solver運(yùn)用三次STEP函數(shù)求解這兩點(diǎn)之間的阻尼系數(shù)。其取值范圍為Penetration Depth0；剛度：K越大，兩物體滲透的量越??；指數(shù)：e越大，兩物體滲透的量越大，因?yàn)闈B透量是小數(shù)；阻尼：C越大，滲透量曲線越平滑，碰撞力曲線越平滑；滲透量：，當(dāng)實(shí)際滲透量大于時(shí)，阻尼值開始完全起作用接觸剛度由hertz理論計(jì)算Reference:H.M. Lankarani and P.E. Nikravesh, “Continuous Contact Force Models for Impact Analysis in Multibody Systems”, Nonlinear Dynamics, 5: 193-207, 1994.不同指數(shù)的影響：指數(shù)影響剛度（斜率）指數(shù)影響接觸力變化的連續(xù)性：各種材料接觸碰撞參數(shù)推薦值：庫倫摩擦特性及參數(shù)定義仿真時(shí)發(fā)生接觸穿透現(xiàn)象發(fā)生穿透的原因：模型結(jié)構(gòu)：參與接觸的零部件結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，使得現(xiàn)有判斷準(zhǔn)則難以正確判斷接觸是否發(fā)生；仿真步長的設(shè)置：求解動(dòng)力學(xué)方程組時(shí)將接觸力并入廣義矩陣中求解。接觸發(fā)生前每次迭代都預(yù)先判斷接觸是否發(fā)生；一旦發(fā)生，為了更精確地計(jì)算接觸力，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)地將迭代步長調(diào)小，并繼續(xù)判斷，如果步長設(shè)置不合理，將導(dǎo)致接觸判斷錯(cuò)；積分算法的選擇，不同的積分算法有各自適用的范圍，有的求解效率高，有的求解穩(wěn)定性好，如果選擇不當(dāng)，例如一味追求求解速度，就可能產(chǎn)生接觸穿透；讀取shell文件數(shù)據(jù)出錯(cuò)：仿真時(shí)間較長時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很多中間結(jié)果，這些結(jié)果駐留在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，要等仿真結(jié)束而且用戶給出存盤指令后才保存下來，這個(gè)過程中，如果數(shù)據(jù)量超過系統(tǒng)的內(nèi)存容量!將會(huì)引起動(dòng)態(tài)刷新不正常，使與形體關(guān)聯(lián)的shell文件中的當(dāng)前數(shù)據(jù)不正確，從而引起接觸判斷失誤。解決接觸穿透方法：常用方法包括簡化模型，增大仿真步數(shù)，選擇合適求解器等。進(jìn)行接觸計(jì)算時(shí)，求解器的選擇：由于接觸是強(qiáng)非線性、非連續(xù)過程（建議用SI2積分器，且縮小積分步長）積分器、積分格式與積分誤差1、積分器(Integrator)。ADAMS中常用的剛性積分器有三種：GSTIFF、WSTIFF與BDF，不同的剛性積分器，計(jì)算的效率和穩(wěn)定性也有所不同，它們的計(jì)算穩(wěn)定性關(guān)系為BDF WSTIFF GSTIFF，而數(shù)值計(jì)算效率關(guān)系為GSTIFF WSTIFF BDF2 。GSTIFF是最常用的積分器，也是系統(tǒng)默認(rèn)的積分器。BDF積分器雖然計(jì)算時(shí)間最長，但它有時(shí)可求解GSTIFF求解失敗的問題。2、積分格式(Formulation)。ADAMS 提供了三種積分格式：I3、SI2 和SI1。I3 格式求解速度快，但精度太差；SI2 格式可以避免Jacobian 矩陣的病態(tài)，而且考慮了約束方程，雖然求解時(shí)間變長，但求解精度高；SI1 求解精度比SI2 還高，但它計(jì)算量太大，一般不采用。3、積分誤差(Error)。積分誤差決定了在求解動(dòng)力學(xué)方程的過程中，某一步的預(yù)測值與校正值之間所能接受的差值。積分誤差過大，計(jì)算容易進(jìn)行，但最終結(jié)果會(huì)產(chǎn)生過大誤差；積分誤差過小，求解時(shí)間太長。一般來講，積分誤差設(shè)為0.001 較為適宜。3.3 仿真步數(shù)與其它動(dòng)力學(xué)參數(shù)1、仿真步數(shù)(Steps)。適當(dāng)增大仿真步數(shù)有助于提高求解穩(wěn)定性，但同時(shí)會(huì)增加計(jì)算時(shí)間，所以在實(shí)際過程中需要綜合考慮。2、積分步長(time step)。ADAMS 分別用參數(shù)Hmax、Hmin ,Hinit 規(guī)定積分的最大時(shí)間步長、最小時(shí)間步長和初始時(shí)間步長。3、最大迭代次數(shù)(Maxit)。ADAMS 用參數(shù)Maxit 控制牛頓迭代收斂到結(jié)果的次數(shù)。牛頓迭代中需要求解線性方程組，過大的迭代次數(shù)將導(dǎo)致累積誤差的加人而產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。默認(rèn)值為10；4、校正器(Corrector)：ADAMS 中有兩種校正器Original 和Modified。這兩種校正器的主要區(qū)別在于對(duì)迭代收斂的判定上，其中Modified 校正器對(duì)收斂的判定比較寬松。系統(tǒng)默認(rèn)校正器是Original。5、積分多項(xiàng)式階數(shù)(Kma