ADAMS的全面教程.ppt

機械系統(tǒng)的建模和結(jié)構(gòu)分析,主要內(nèi)容,1機械系統(tǒng)的組成2參考機架3坐標系4機械系統(tǒng)的自由度5速度、加速度和角加速度,機械系統(tǒng)的組成,機械系統(tǒng)是機器和機構(gòu)的總稱，由構(gòu)件和零件組成。機構(gòu)由兩個以上具有相對運動的構(gòu)件組成，用于傳遞運動或改變運動形式。機器是由若干機構(gòu)組成的系統(tǒng)。機構(gòu)的構(gòu)件既保持接觸，又有一定的相對運動。運動副：兩構(gòu)件既保持接觸，又有一定的相對運動的連接。,參考機架,參考機架：計算速度、加速度的參考坐標系地面參考機架：為獨立的慣性參考坐標系構(gòu)件參考機架：對每一個剛體都有一個參考機架，剛體上各點相對于該構(gòu)件參考機架是靜止的。,坐標系,地面坐標系：固定坐標系。構(gòu)件機架坐標系：固定在構(gòu)件上隨構(gòu)件運動，它相對地面坐標系的位置和方向確定構(gòu)件的位置和方向。標記坐標系：也稱標記。固定標記：固定在構(gòu)件上，用于確定構(gòu)件的形狀、質(zhì)心、力的作用點和構(gòu)件的連接位置。浮動標記：相對構(gòu)件運動，有的力和運動要用它定位。,坐標系,x,z”,y”,x”,z,y,x,z,y,固定坐標系,標記坐標系,構(gòu)件坐標系,確定坐標系的位置和方向,歐拉角法：坐標系原點在基準坐標系中的坐標，三點法：X-Z點法：,歐拉角法：,坐標系原點在基準坐標系中的坐標x0,y0,z0坐標系相對基準坐標系的旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)順序。常用為3-1-3旋轉(zhuǎn)法則：1、2、3代表x、y、z軸，3-1-3表示先繞基準坐標系的z軸旋轉(zhuǎn)，再繞基準坐標系的x軸旋轉(zhuǎn)，最后再繞基準坐標系的z軸旋轉(zhuǎn)。共有24種組合，代表不同的旋轉(zhuǎn)方式。不能連續(xù)對基準坐標系的同一軸旋轉(zhuǎn)。,三點法：,不在同一直線上的三點A,B,C在定位坐標系的坐標值；A,B,C，3點在基準坐標系的坐標值；,X-Z點法：,定位坐標系原點O在基準坐標系中的坐標x0,y0,z0定位坐標系x或z軸上一點A的坐標x-z平面上另一點B的坐標,B點與O,A不共線。,機械系統(tǒng)的自由度,自由度：機械系統(tǒng)中各構(gòu)件相對地面構(gòu)架的獨立運動數(shù)。n活動構(gòu)件數(shù)，m運動副總數(shù)Pi-第I個運動副的約束條件數(shù)Qj-第I個原動機的驅(qū)動約束條件數(shù)S-原動機總數(shù)Rk其它約束條件數(shù),系統(tǒng)的自由度例,系統(tǒng)自由度F0,且Qj=0，系統(tǒng)蛻化為剛體系統(tǒng)。系統(tǒng)自由度F0,且Qj0，表明原動機將不能驅(qū)動系統(tǒng)，或系統(tǒng)在薄弱環(huán)節(jié)將損壞。當F=0,且Qj0，機械系統(tǒng)有確定運動。當F0,機械系統(tǒng)沒有確定的相對運動。,系統(tǒng)自由度的計算,復合鉸鏈：m個構(gòu)件在一處以鉸鏈聯(lián)接局部自由度：與構(gòu)件運動無關(guān)的自由度虛（重復）約束：軌跡重合轉(zhuǎn)動副軸線重合移動副導軌平行其它重復約束,(m-1),虛約束對剛體無影響，對柔性體可增加剛度，但在計算運動將刪除虛約束。,速度計算,設地面坐標系o-xyz,構(gòu)件坐標系o-xyz,p點固結(jié)在構(gòu)件坐標系o-xyz，它在地面坐標系o-xyz中的矢量為,機械系統(tǒng)動態(tài)仿真,DynamicSimulationofMechanicalSystem,美國MSC公司;MDI(MechanicalDynamicsInc.),ADAMS:AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems,MSC.ADAMS,Adams是集建模、求解、可視化技術(shù)于一體的虛擬樣機軟件世界上目前使用范圍最廣、最負盛名的機械系統(tǒng)仿真分析軟件產(chǎn)生復雜機械系統(tǒng)的虛擬樣機，真實地仿真其運動過程，并且可以迅速地分析和比較多種參數(shù)方案，直至獲得優(yōu)化的工作性能，08/ylb/yqsb/gccl/2005060716.htm,參考資料,ADAMS虛擬樣機技術(shù)入門與提高鄭建榮編著北京機械工業(yè)出版社2002ADAMS實例教程李軍,邢俊文,覃文潔等編北京北京理工大學出版社2002虛擬樣機技術(shù)及其在ADAMS上的實踐王國強,張進平,馬若丁編西安西北工業(yè)大學出版社2002軟件：ADAMSv11幫助文檔,作業(yè),上機練習1,2,3上機大作業(yè)，參考ADAMS/View使用入門練習Username:studentPassword:student,虛擬樣機VirtualPrototyping,真實系統(tǒng)的功能仿真大大減少設計-樣機-試驗-改進循環(huán)所需時間提高產(chǎn)品質(zhì)量降低成本,“目標是將開發(fā)時間從60個月降為12個月，和把成本從60-70億降為10億美元”Boeing,CommercialAirplaneGroup,GettingThereFaster,數(shù)字汽車,FullVehicle,底盤,引擎,傳動,車身,Suspension,Steering,Brakes,Tires,Valvetrain,Cranktrain,Chain/Belt,Acc.Drives,Transmission,Clutch,Differential,Axles/CV,Body-in-white,Frame,Seating,Restraints,Road,Driver,TestRigs,虛擬樣機成功案例,Daimler-Chrysler汽車降低成本$8000萬元上市時間提前8個月每輛汽車利潤增加$1,500元物理樣機從50輛減少為31輛,汽車,機械,鐵路、工程機械,航空、航天、國防,虛擬樣機技術(shù)在各主要工業(yè)部門都取得顯著成就,飛機著陸時的起落架變形,飛機著陸時的起落架變形,ADAMS/PPT(后處理),液壓+機械仿真Hydraulic+MechanicalSimulation,可運行包含液壓回路的整個系統(tǒng)仿真靜態(tài)、瞬態(tài)、動態(tài)和線性分析調(diào)整液壓元件參數(shù)使系統(tǒng)優(yōu)化,獲得所有液壓仿真分析結(jié)果,包括壓力、流量、閥門位置、,油缸位置等。,空間望遠鏡展開系統(tǒng)概念設計,高性能越障機器人的性能設計,ADAMS/View,Solver求解器ADAMS/PostProcessor后處理ADAMS/Controls控制ADAMS/Hydraulics液壓ADAMS/Flex柔性ADAMS/Animation動畫ADAMS/Linear線性ADAMS/Exchange接口ADAMS/Insight優(yōu)化,ADAMS/Car轎車VehicleDesignSuspensionDesignADAMS/Driver駕駛員ADAMS/Engine引擎ADAMS/Pre轎車性能ADAMS/Tire輪胎ADAMS/Rail機車CAT/ADAMSMECHANISM/ProADAMS/SDK,CAD嵌入模塊,ADAMS動態(tài)仿真模塊,MSC.Software,MSC.ADAMS、MSC.Nastran、MSC.Fatigue集成方式*由MSC.Nastran對部件進行有限元分析，生成含有模態(tài)信息的mnf文件；*將mnf文件導入MSC.ADAMS中，創(chuàng)建剛?cè)狁詈夏Ｐ停?由MSC.ADAMS對機構(gòu)進行動力學分析；*分析得載荷和位移等邊界條件可轉(zhuǎn)入MSC.Nastran進行詳細的應力、振動、噪音分析；*分析得到的載荷時間歷程信息可通過格式文件轉(zhuǎn)入MSC.Fatigue中進行疲勞分析。,數(shù)字工程DigitalEngineering,ProductDataManagementSystem,TraditionalComponent-focusedCAD/CAE/CAM,System-focusedVirtualPrototyping,Design-Development-Production,CAD,CAE,CAM,VirtualMock-up,VirtualPrototypingMaintain,Collapse選SameAs和維持（Maintain），當設標記Mar_1與標記Mar的方位關(guān)系如下：(ORI_RELATIVE_TO(90d,90d,0,.MODEL_1.PART_1.MAR_2)執(zhí)行之前執(zhí)行之后維持Maintain,參數(shù)化：使用f(x)工具-Collapse,選收縮（Collapse）使對象的標記與參考點、標記重合。實行后位置關(guān)系成為：(LOC_RELATIVE_TO(0,0,0,.model_1.part_1.POINT_1)執(zhí)行前執(zhí)行后收縮Collapse,參數(shù)化：使用f()工具-Collapse,選項SameAs和收縮Collapse使對象標記的方位與參考點或標記坐標系方位完全相同。施行后方位關(guān)系成為：(ORI_RELATIVE_TO(0,0,0,.MODEL_1.PART_1.MAR_2)原方位施行后選項：Collapse,沿軸定向AlongAxis,使標記、約束、力的坐標系的一軸矢與兩標記的聯(lián)接矢量同向。對桿件上標記Mar_4設定如下條件時：(ORI_ALONG_AXIS(.MODEL_1.PART_1.MAR_4,.MODEL_1.PART_1.MAR_1,“z”)當拖動標記Mar_1時，約束桿件的標記Mar_4的Z軸（因而桿件）始終保持與Mar_4Mar_1的聯(lián)接矢量同向。用選項SameAs或InPlane可使3軸或兩軸互相平行。,設計變量DesignVariables,創(chuàng)建設計變量：BuildDesignVariableNew在任意對話框的數(shù)值輸入?yún)^(qū)（限于標量）彈出右鍵菜單，選ParameterizeCreateDesignVariable修改設計變量：BuildDesignVariableModify刪除設計變量：EditDelete彈出DatabaseNavigator選設計變量OKToolsTableEditor選Variables選要刪的設計變量右鍵菜單Delete,創(chuàng)建設計變量,變量名；單位類型:Real,Integer,String,Object標準值及值范圍：絕對最大、最小值，差值；%最小值、最大值允許優(yōu)化時不考慮值的范圍列出允許值還可自己定點數(shù)及其數(shù)值：按Generate允許設計研究不考慮此列表,創(chuàng)建設計變量允許值,ADAMS函數(shù)Function,Design-TimeFunctions模型設計時用于參數(shù)化定義的函數(shù)，通常在定義時即計算，其值在運行過程中不變，但優(yōu)化和設計研究除外。ADAMS提供了200多個設計時的函數(shù)，用戶也可定義自己的函數(shù)。Run-TimeFunctions運行（仿真、實驗設計、優(yōu)化)時計算。ADAMS提供了許多運行時的函數(shù)，用戶也可定義自己的函數(shù)。Help:view_fn.pdf,Design-TimeFunctions設計時函數(shù),MathFunctions數(shù)學函數(shù)Location/OrientationFunctions位置/方向ModelingFunctions建模函數(shù)Matrix/ArrayFunctions矩陣/向量函數(shù)StringFunctions字符串函數(shù)DatabaseFunctions數(shù)據(jù)庫函數(shù)MiscellaneousFunctions雜類函數(shù),Run-TimeFunctions,DisplacementFunctions位移函數(shù)VelocityFunctions速度函數(shù)AccelerationFunctions加速度函數(shù)ContactFunctions接觸函數(shù)SplineFunctions樣條函數(shù)ForceinObjectFunctions對象上的力函數(shù)ResultantForceFunctions作用于一點的合力函數(shù)MathFunctions數(shù)學函數(shù)DataElementAccess數(shù)據(jù)單元訪問函數(shù)User-WrittenSubroutineInvocation用戶子程序函數(shù)Constantsq：相對速度q1：低觸發(fā)距離，沖擊力起作用的低端距離q2：高觸發(fā)距離，沖擊力起作用的高端距離K：剛度系數(shù)；e：剛度力指數(shù)c：阻尼系數(shù)；d：阻尼斜坡距離,雙邊沖擊函數(shù)例：塊和兩平面的沖擊,條件函數(shù)IF,IF(Expr1:Expr2,Expr3,Expr4)Expr1：計算的表達式.Expr2：Expr1的值0,返回Expr4的值,IF函數(shù)例,FunctionIF(time-2.5:0,0.5,1)Result0.0iftime2.5,實驗設計步驟,確定實驗目的，如確定哪些變量對系統(tǒng)影響最大。選擇一組因子（Factor）測量系統(tǒng)的響應。確定每個因子的值(levels)，計劃一組實驗(runsortrials)，每組實驗用不同的因子。這些實驗的組合稱為實驗設計。執(zhí)行這些實驗，記錄各實驗中系統(tǒng)的性能。分析性能的不同，確定哪些最影響系統(tǒng)性能因素。,實驗設計過程,實驗設計中的水平,不直接給出因子(Factor)的值，只給出索引號，即因子的水平號，如-2,-1,0,+1,+2共5個水平或-1，+1兩個水平等。最小的水平號對應因子的最小允許值，最大的水平號對應因子的最大允許值。中間的水平號對應的值平均分配。例如某因子的最大允許值為16，最小允許值為0，3個水平的索引號為-1，0，+1，分別對應于0，8，16。,選擇水平的通常方法,Screening選擇最影響系統(tǒng)的性能的因子。只選取最大和最小值，故通常稱為兩水平分析。ResponseSurfaceMethods(RSM)將實驗結(jié)果擬合多項式，易于判斷參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。而且可以作為優(yōu)化的輸入，或作為大系統(tǒng)的子系統(tǒng)模型。二次（Quadratic）RSM選擇最大、最小和平均值進行3個水平的分析，三次（Cubic）RSM用最大、最小、1/3和2/3范圍4個水平的分析。,選擇水平的方法,FullFactorial全因子法FractionalFactorial部分因子法Plackett-Burman法Box-Behnken法CentralCompositeFaced(CCF)法D-Optimal法,FullFactorial全因子法,最全面，用各個因子水平的所有組合進行分析。試驗次數(shù)為mn：m水平數(shù)，n因子數(shù)。只適合因子數(shù)少的場合。可進行混合水平分析，各個因子可取不同的水平數(shù)。,部分因子法,FractionalFactorial和Plackett-Burman法用全因子設計的子集，所以也稱為縮減因子設計（reduced-factorialdesigns）。FractionalFactorial設計用的實驗次數(shù)為2的整數(shù)冪(4,8,16.)。Placket-Burman設計用的實驗次數(shù)為4的整數(shù)倍(4,8,12,.,48)。,Box-Behnken法,每個因子用3個水平，但只用部分組合。如右圖：3個因子用3個水平，在每兩個因子組成的參數(shù)平面上只取4點，中心再取1點，共13次實驗。全因子法要33=27次實驗。可能的因子數(shù)為3,4,5,6,7,9,10,11,12,16,CentralCompositeFaced(CCF)法,取參數(shù)平面上的頂點和中心點。實驗次數(shù)為2n+2*n+1,多于Box-Behnken法。,D-Optimal法,從大量候選點中隨機挑選，可事先指定試驗次數(shù)、每個因子的水平數(shù)。挑選的準則是選出的點組成的矩陣的行列式（determinant）值最大。這表示矩陣的列向量相關(guān)性最小。,數(shù)據(jù)的建立和訪問,數(shù)據(jù)類型：數(shù)組Array曲線Cirve樣條Spline矩陣Matrix字符串String建立和儲存各種類型的數(shù)據(jù)可方便重復使用，并節(jié)省內(nèi)存。,保存和訪問數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)類型：數(shù)組Array曲線Cirve樣條Spline矩陣Matrix字符串String建立和儲存各種類型的數(shù)據(jù)可方便重復使用，并節(jié)省內(nèi)存。,數(shù)據(jù)單元的用途,Array：定義輸入值、變量、初始條件，可用于線性狀態(tài)方程、通用狀態(tài)方程、傳遞函數(shù)和ARYVALrun-time函數(shù)。Curve：定義三維參數(shù)曲線，曲線點直接給定或用子程序，可用于Curve-to-curve和point-to-curve約束、B-spline樣條曲線和CURVErun-time函數(shù)。Spline：定義插值的離散數(shù)據(jù)，可用于AKISPL和CUBSPLrun-time函數(shù)。Matrix：兩維數(shù)組的值可用于線性狀態(tài)方程、曲線和多點力。String：定義字符串，可用于輪胎、TIRSUB、GTSRTG用戶子程序。,建立數(shù)據(jù)單元方法,在ADAMS/View菜單BuildDataelements選Array,Curve,Spline,Matrix,String選New：創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)單元Modify：修改數(shù)據(jù)單元,數(shù)組單元Array,普通/初始條件General/InitialConditions：定義通常的數(shù)組或系統(tǒng)單元的初始條件，用常數(shù)數(shù)組或用戶子程序形式表示。狀態(tài)數(shù)組States(X)輸出變量數(shù)組Outputs(Y)輸入變量數(shù)組Inputs(U)用以定義系統(tǒng)狀態(tài)方程或傳遞函數(shù)其中，初始條件和輸入數(shù)組可單獨存在。,建立數(shù)組數(shù)據(jù)單元,輸入數(shù)組單元名稱、選擇類型、輸入數(shù)組元素的值，檢查數(shù)組的大小是否正確。,Array大小,矩陣單元Matrix,產(chǎn)生MxN二維數(shù)組,用于建立曲線、線性狀態(tài)方程、多維力等。用矩陣名稱引用其數(shù)據(jù)。輸入數(shù)據(jù)方法：直接輸入，或引用仿真結(jié)果輸入到矩陣中。,創(chuàng)建矩陣,矩陣名稱單位輸入方式：完全Full,稀疏Sparse,文件輸入順序：按列、按行數(shù)據(jù)來源：用戶輸入：輸入行數(shù)、列數(shù)、循序輸入數(shù)據(jù)仿真結(jié)果：輸入結(jié)果集名稱文件：輸入文件名、文件中數(shù)組名稱,稀疏矩陣輸入法,例：,在Rowindex欄輸入1,3,3,4在Columnindex欄輸入1,1,2,2在Value欄輸入：1.364，-3.546，4.008，0.7999,稀疏矩陣輸入正確性的檢驗,ToolsDatabasenavigatorMatrix,矩陣數(shù)據(jù)文件格式ADAMSMAT2,字符串Strings,可連續(xù)輸入，但ADAMS/VieworADAMS/Solver讀取字符串單元時不能將其斷開。在用戶程序中用GTSRTGsubroutine讀取字符串。應用舉例：在程序中用字符串單元傳遞文件名。,曲線數(shù)據(jù)單元,定義三維參數(shù)曲線，用于創(chuàng)建pin-in-slotorcurve-on-curve凸輪輪廓曲線(B-spline樣條)。定義曲線方法：曲線點(curvepoints)、控制點(controlpoints)、用戶子程序。Curvepoints創(chuàng)建通過數(shù)據(jù)點的均勻B-spline樣條曲線。Controlpoints由控制點生成均勻B-spline樣條曲線。Subroutine編寫子程序計算點坐標和導數(shù)產(chǎn)生各種類型的曲線或分析定義的曲線。,參數(shù)曲線,Thex,y,andzcoordinatesofapointonaparametriccurvearefunctionsofanindependentparameter,alpha.Asalphavariesfromitsminimumvaluetoitsmaximumvalue,thefunctionsx(alpha),y(alpha),andz(alpha)sweepoutpointsonthecurve.Asimpleexampleofaparametriccurveisthehelixdefinedbythefollowingequations:x=cos(alpha)y=sin(alpha)z=alpha,CurveCreationSteps,創(chuàng)建曲線單元:定義矩陣,BuildDataelementCurve曲線名標識號注釋曲線閉合否定義方法：矩陣、子程序矩陣名擬合類型：曲線點、控制點曲線段數(shù)Segmentcount張緊度Tension,創(chuàng)建曲線單元:用子程序,BuildDataelementCurve曲線名標識號注釋曲線閉合否定義方法：子程序用戶函數(shù)子程序名參數(shù)最小值參數(shù)最大值子程序,CurvefromCurvePointswithDifferingTensionValues,Curvef