《机电系统与仿真技术》课件4Adams仿真方法与基本操作.ppt

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1、三、ADAMS软件包,ADAMS/View（基本环境）ADAMS/Solver（求解器）ADAMS/Postprocessor（后处理器）ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Rail（机车模块）、ADAMS/Driver（驾驶员模块）、ADAMS/Tire（轮胎模块）、ADAMS/Linear（线性模块）、ADAMS/Flex（柔性模块）、ADAMS/Controls（控制模块）、ADAMS/FEA（有限元模块）、ADAMS/Hydraulics（液压模块）、ADAMS/Exchange（接口模块）、Mechanism/Pro（与Pro/Engineer 的接口模块）、ADAMS/An

2、imation（高速动画模块）,ADAMS主模块：,ADAMS/View：可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。首先建立运动部件（或者从CAD软件中导入）、用约束将它们连接、通过装配成为系统、利用外力或运动将他们驱动。ADAMS/View支持参数化建模，以便能很容易地修改模型并用于实验研究。用户在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动。这些就像做实际的物理试验一样。,ADAMS/Solver:一个自动建立并解算用于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。提供一种用于解算复杂机械系统复杂运动的数值方法。可以对以机械部件、控制系统和柔性部件组成

3、的多域问题进行分析。支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。使用稳定的建模方法可以对巨大的模型进行分析。,ADAMS/PostProcessor:显示ADAMS仿真结果的可视化图形界面。提供了一个统一化的界面，以不同的方式回放仿真的结果。为了能够反复使用，页面设置以及数据曲线格式都能保存起来，这样既有利于节省时间也有利于整理标准化的报告格式。可以方便地同时显示多次仿真的结果以便比较。,机械系统的组成,零件,静联接,构件,运动副,机构,零件,零件,零件,零件,零件,构件,静联接,机构,机器,基本知识,1、自由度 机械系统的自由度是指机械系统中各零件相对于地面所

4、具有的独立运动的数量。欲使机构具有确定的运动，则其原动件的数目必须等于该机构的自由度。ADAMS中自由度（DOF）计算公式为 DOF=其中n 系统的部件数目（包括地面）；系统内各约束所限制的自由度数目。,2、坐标系 ADAMS/View允许Cartesian（直角）、Cylindrical（圆柱）、Spherical（球）三种坐标系，默认情况下为直角坐标系。,Cartesian（直角）,Cylindrical（圆柱）,Spherical（球）,坐标系（coordinate system）的意义坐标系是定义运动学和动力学分析量必要的测试对象。,11,全局坐标系也就是绝对坐标系，固定在地面（Gro

5、und Part）上，是ADAMS中所有零件的位置、方向、速度的度量基准坐标系。零件的局部坐标系也称零件坐标系。在建立零件的同时产生，随零件一起运动，它在全局坐标系中的位置和方向决定了零件在全局坐标系中的位置和方向。标记坐标系可以把标记分为固定标记和浮动标记两类。固定标记相对零件静止，可用于定义零件的形状、质心位置、作用与约束的位置与方向等。浮动标记相对零件运动，某些情况下要借助浮动坐标系来定义作用与约束。,ADAMS的坐标系：ADAMS在坐标系的运用上总共有三种形式:,部件坐标系,部件或零件坐标系(PCS)的定义生成可动部件时自动定义。每个部件只有一个部件坐标系部件坐标系的位置和方向通过相对

6、于GCS的位置和方向来定义。,坐标系标记点(Marker),坐标系标记点的定义（用来建立坐标系）属于一个可动部件并随部件一起运动。一个可动部件上可以包含若干个标记点。其位置和方向可以相对于GCS和PCS的位置和方向角度来定义。,坐标系标记点的定义当需要一个唯一的位置，比如：一个部件质心的位置。几何外形的定位点。当需要一个唯一的方向，比如：可动部件的转动惯量的相对坐标轴的方向。约束的方向。施加载荷的方向的定义。在 ADAMS/View中，按照缺省的方式，所有的标记点的位置和方向都是相对于GCS来定义的。,坐标轴旋转(Euler Angles),以 Euler角 系统定义部件的旋转方式，同时区分为

7、Body-fixed,Space-fixedADAMS/View缺省值为Body3,1,3 1-X axis 2-Y axis 3-Z axis,Page 16,部件和几何外形之间的关系,部件定义可以相对于其它的物体运动的可动物体（刚性体或弹性体），该对象包含以下特性：质量转动惯量初始的位置和方向(PCS)初始的速度几何外形为了可视化的效果加在可动部件上，比如：长度半径宽度对于大多数的仿真分析来说，几何外形是不需要的注意：某些分析中包含碰撞问题，而碰撞力的定义需要依据几何外形来确定碰撞力的大小，有关这个问题，我们将在 Hatchback IV 部分进行讨论。,ADAMS 动力学分析,如图所示，

8、单摆的质量为M、惯量为I，杆长为2L,并在O点以转动副与大地相连接约束在大地的OXY 平面内。在单摆质心处建立单摆的跟随坐标系局部构件参考坐标系OpXpYp，其坐标在地面坐标系OXY 中为（x，y），单摆的姿态角为。,Page 18,欧拉-拉格朗日法凯恩法,在进行动力学、静力学分析之前，ADAMS 会自动进行初始条件分析，以便在初始系统模型中各物体的坐标与各种运动学约束之间达成协调，这样可以保证系统满足所有的约束条件。初始条件分析通过求解相应的位置、速度、加速度的目标函数的最小值得到。,Adams求解过程,对于微分代数方程的求解，ADAMS 采用两种方式求解，第一种为对DAE（微分代数）方程的

9、直接求解，第二种为DAE 方程利用约束方程将广义坐标分解为独立坐标和非独立坐标然后化简为ODE（常微分）方程求解。DAE 方程的直接求解将二阶微分方程降阶为一阶微分方程来求解，通过引入广义速率u，将所有拉格朗日方程均写成一阶微分形式。通常来说，微分方程的阶数越少，其数值求解稳定性就越好。,积分程序逻辑,牛顿-拉夫森（Newton-Raphson）,3.2 ADAMS/View建模仿真步骤:,复杂机器仿真时要循序渐进完成几个零件的约束添加后就进行一次仿真,机械系统建模，添加约束。仿真初步分析，建立测量。仿真结果详细分析，绘制曲线。验证结果，与试验数据和理论对比。如果不一致，调整摩擦、载荷、和控制

10、等参数。如果一致，重复仿真分析和优化设计。,分析技巧：采取渐进的，简单逐步发展到复杂的分析策略不必过分追求构件几何形体的细节部分 先从分析线性（阻尼）开始 非线性（阻尼）整个系统分解为若干子系统，先对子系统仿真分析和试验应该尽量减小系统的规模，仅考虑影响样机性能的构件,3.3 启动ADAMS/View程序,产生新的样机模型数据库-Create a new model 重力的设置，单位系统 打开已经保存的数据库-Open an existing database 输入ADAMS文件-Import a file 退出ADAMS/View程序-Exit,启动时的ADAMS/View主窗口：,视图方向

11、,主工具箱,窗口名称栏,菜单栏,欢迎窗口,工作屏幕区,状态栏,快捷工具栏,3.4 ADAMS/View程序屏幕,ADAMS/View主窗口部分功能如下：主工具箱展示各种常用命令的快捷键；命令菜单栏包括了ADAMS/View程序的全部命令；快捷工具栏设置了一些最基本的文件和编辑命令的快捷按钮；工作屏幕区显示样机模型的区域；工作栅格在工作区显示栅格的目的是利于建模；状态栏显示操作过程中的各种信息和提示；,坐标窗口显示当前光标在三维坐标中的位置，按F4键可以显示坐标窗口；视图方向显示表示当前系统的地面坐标系方向的三维坐标。在View菜单中选择Toolbox and Toolbas项，显示Tool s

12、ettings对话框，可以设置打开或关闭主工具箱、快捷工具栏和状态栏。,3.5 ADAMS/View命令的基本操作,选择和输入ADAMS/View命令有五种常用的方法 1、主工具箱命令集有多个层次 2、菜单栏3、弹出式菜单屏幕上的各种对象，例如：构件、标记、约束、运动、力等 输入对话框中的文本输入栏 后处理图标中的各种对象，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等 4、快捷工具栏5、命令窗口,3.5.1 主工具箱 主工具箱上部有12个图标是建模和仿真工具，下面的 其他图标是视图工具。主工具箱中的命令集有多个层次，在主工具箱中所见的图标，是下一层次命令集合的默认命令，直接单击主工具箱中的图标，可以选择

13、该默认命令。单击工具箱的现实浮动命令板工具图标 可产生该命令集的浮动命令板。,ADAMS/View 工具列浏览：,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,几何建模,测量,恢复/重做,运动,连接,色盘,移动,动态浏览,建构力元素,前后视图,动态旋转,上下视图,左右视图,背景顏色,视窗布置,其他,3.5.2 命令菜单方式 对于主工具箱中不包含的命令，可以在命令菜单栏中选择输入，有以下几种输入菜单命令的方法：用鼠标选择菜单中的有关命令；在按下Alt的同时，键入菜单标题中下划线的字母，选

14、择有关菜单，再用同样的方法选择命令；按F10键激活File菜单，然后用箭头键来移动选择有关菜单和命令；使用命令快捷键。,重要表单：,File|Open Database:开启格式为*.binFile|Import：导入*.cmd,*.adm,*.IGS等 CAD model,*.gra/req/res,数据档等。File|Export：导出*.cmd,*.adm,*.IGS等 CAD model,FEA loads。File|Print：列印功能，可输出 PS 格式。Edit|Appearance：提供物件透明度、隐藏、颜色等设定。Build|Model：可建构另一个model、删除、更名、切

15、换等。Build|Flexible bodies：分 ADAMS/Flex,Discrete Flexible link，ADAMS/Flex提供mnf档的输入，Flexible Link提供各式断面特性之杆件。Build|Materials：新增材质。Build|Design Variable：建立设计变量，供DOE,DS,OPT使用。,Build|Measure：建立各种测量关系。Build|Function：建构各种函数关系式。Build|Data elements：有Spline,matrix,curve,array。Build|System elements：有State Varia

16、ble,Differential/Transfer/Linear State/General State Equation。Review|Create an AVI movie file。Review|Create Trace Spline：针对某一点(marker)绘制出模拟过程间的轨迹线。Settings|Force Graphics：设定Force,Torque的比例及属性。Settings|Solver：设定求解过程中的细部设定，如：求解器的种类、公差、精度、除错、输出等设定。Settings|icons：设定Icons大小、颜色、显示/隐藏等属性。Settings|Fonts：自行设

17、定。,表3-1ADAMS/View使用的命令快捷键：,3.5.3 弹出式菜单方式 弹出式菜单选择和输入命令，是另外一种非常方便的输入和编辑方式，其中包括：建模过程中屏幕上的各种对象，例如：构件、标记、约束等，其中包括编辑、修改、命名、删除等各种相关命令；输入对话框中的文本输入框，对对象和文件名进行选择、浏览复制等操作；后处理图标中的各种关系，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等。,3.5.4 快捷工具栏 该栏设置了一些最基本的文件和编辑命令的快捷按钮，按住右键，可以弹出这个图标所包括的所有命令的命令集。,表3-2 快捷工具栏表,3.5.5对话框通过命令菜单栏、弹出式菜单和快捷按钮等方式均可以进入

18、数据对话框，对话框中可以包含文本框、选择框、滚动条、单选按钮、复选按钮和命令按钮等数据输入和选择方式。,3.5.6鼠标的应用鼠标左键和鼠标右键 左键:选择样机模型中的各种对象、选择菜单栏中的命令、快捷工具图标命令和对话框中的有关命令。右键:主要应用于激发各种弹出式菜单和工具集 显示各种对象的弹出式菜单构件、标记、约束、运动、力等；输入对话框中的参数文本输入栏，显示输入参数的弹出式菜单；后处理过程中，显示曲线图中各种对象的弹出式菜单，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等等；在主工具箱、快捷工具栏等工具图标集，显示所选择的工具图标集所有图标命令；打开弹出式菜单或工具集以后，按住右键，拖动鼠标拖至有关

19、命令项，可以打开下一层弹出式菜单或选择命令。,3.5.7命令浏览器窗口 在Tools工具栏，选择Command Navigator命令，可以显示命令浏览器窗口，如图3-1所示。其功能为：显示所有的ADAMS/View命令，如果需要输入某个命令的参数值，可以用鼠标双击命令名称，程序将显示该命令的输入对话框，在命令输入对话框中输入有关参数后，选择OK按钮，即可输入该命令。,图3-1 命令窗口浏览器,3.6数据库,首次启动ADAMS/View时，程序会根据欢迎对话框中的选项，自动产生一个新的数据库或者打开一个保存的数据库。一个数据库中可以储存多个样机模型的所有信息，包括：几何模型、约束、仿真结果、分

20、析图、自定义菜单和对话框等。保存当前数据库：使用保存命令，将数据库保存到一个二进制文件。默认条件下，所有文件均存放在C盘的根目录下,后退一步操作 放弃已经执行的命令操作，向后退一步的功能，放弃最后一次操作，可以在Edit菜单中，选择Undo命令，或者在快捷工具栏中选择命令图标，如果要再次放弃操作，可以在Edit菜单中，选择Redo命令，或者在快捷工具栏中选择命令图标。取消操作 可以取消在ADAMS/View中进行的任何操作，方法有两种：a:在对话框中选择Cancle按钮 b:按Esc键，或者选择ADAMS/View窗口状态栏中的停止工具。,3.7ADAMS/View命名层次和规则,命名由两部分

21、组成：对象的性质和序号，中间用“_”连接对象的全名以根符号“/”或“.”开头，,例如：Model_1 构件JOINT_1运动副.MODEL.PART_1.PT1 MODEL PART_1 PT1,ADAMS/View的命名层次,3.8 视图窗口设置,3.8.1 选择视图窗口-12种不同的视图窗口布置方式，最多可以同时显示6个视窗。在开机默认的是样机的主（前）视图。可以通过工具箱中的Window Layout工具命令集选择所需的视图窗口布置方式，如图所示。在多窗口布置方式下，仅有一个窗口是活动的。可以用鼠标左键单击某一窗口内的任何地方将其激活，然后编辑和修改视图。,图3-2 Windows La

22、yout,3.8.2 改变窗口中的视图方向-7种预先设置好的视图方向，即：前、后、左、右、顶、仰和正投影，如表所示。改变某个窗口中的视图方向的方法：a:首先将该窗口激活，然后利用主工具箱中的视图方向工具集 b:在View菜单中,选择Pre-set项,再选择不同的视图方向。,3.8.3正侧投影图和透视图设置透视图有两种方法：a:在主工具箱底部，选择Depth按钮；b:在View菜单下，选择Projection项，然后选择Perspective命令。在透视方式下，按以下步骤改变透视程度：在主工具箱的Translate工具集中，选择Translate Z工具；将鼠标放在视图窗口内，按住鼠标左键不放；

23、在窗口内上下拖动鼠标，即可增大或减小透视度；当透视度调整到适当的程度后，松开鼠标左键即可。,3.8.4移动和旋转视图 移动和旋转视图的方法：a:利用主工具箱的移动和旋转图标命令 b:从View菜单中的Position/Orientation项，获得移动或旋转命令。,移动和旋转命令,移动命令,旋转命令,3.8.5设置视图中心 设置视图中心的作用是将模型中的一个特殊点移到窗口中心，以便进行以后的操作，设置视图中心的步骤为：在主工具箱中，选择Center工具；用鼠标左键单击希望成为窗口中心的点，程序自动将改点设置为窗口中心。,3.8.6缩放视图有三种常用的缩放视图方法：动态改变活动窗口。主工具箱中的

24、Zoom In/Out工具 可以实现无定量放大缩小视图；如果结合增量文本栏Increment，可以实现定量放大缩小视图；选择放大区域。选择Zoom Box工具，放大指定的视图区域；显示整个系统。选择主工具箱中的Fit工具，可以使当前活动窗口显示所绘的整个系统。,3.9 显示方式设置,3.9.1 设置构件和模型的显示方式 显示当前样机数据库中的某一个样机，或者显示样机中的一个特定构件。选择样机步骤：在View菜单中选择Model命令；或者在Build菜单中选择Model，然后选择Display命令。数据库浏览器显示数据库中的所有样机，选择要显示的样机，然后按OK按钮。选择特定构件步骤：在View

25、菜单中选择Part Only命令，在显示了当前样机所有构件的数据库浏览器中选择要显示的构件，然后按OK按钮。,3.9.2 设置背景颜色设置背景颜色有两种方法：在Setting菜单中选择View Background Color命令，ADAMS/View将显示一个背景颜色对话框，可以选择其中的一种颜色，也可以通过对话框提高的调色条，自定义背景颜色。在主工具箱中，选择Background Color命令集，从中选择背景颜色。,3.9.3 模型显示方式设置ADAMS/View提供了6种样机模型显示方式，即：线框式(Wire frame)、实体(Solid Fill)、有阴影的实体(Shaded)、精

26、确填充方式(Precision Fill)、精确的有阴影实体方式(Precision Shaded)、光滑的有阴影实体方式(Smooth Shaded?)。设置模型显示方式有3种：在View菜单中选择Render Mode命令；在主工具箱中，选择Render按钮；运用主窗口中的弹出式菜单。其中后两者方法只适用于选择线框式和有阴影的实体两种显示方式。,3.9.4 设置工作栅格作用：在工作栅格平面上绘图，并且，在绘制、移动、修改几何形体时，几何形体的实际尺寸将自动圆整到栅格上。4种显示方式：Dots参数表示是否显示栅格的交点，同时也可以设置栅格交点的颜色和尺寸；Axes参数表示是否显示栅格的轴线，

27、同时也可以设置栅格轴线的颜色和粗细；Lines参数表示是否显示栅格线，同时也可以设置栅格线的颜色和粗细；Triad参数表示是否在工作栅格中心设置坐标图标。,设置工作栅格步骤：在Settings菜单中选择Working Grid命令；或者，在主工具箱中的Move工具集中，选择Working Grid工具，屏幕将显示工作栅格设置对话框；在显示设定选择框，选择是否要显示工作栅格；选择栅格的类型，矩形(Rectangular)或者极坐标(Polar)形式；选择和输入栅格平面的尺寸(Size)、栅格的间距(Spacing)。选择显示对象，及其颜色(Color)和宽度(Weight)。,设置栅格平面的位置

28、和方向。在笛卡尔坐标系下，栅格平面的中心放置在视图窗口的中心。可以采用定义几个通过栅格平面的点的方法，设置栅格平面的方向。选择OK按钮。在建模过程中，可以通过主工具箱中的Grid按钮，设置是否显示栅格平面。,显示设定,选择显示对象,设置栅格方向,设置栅格位置,设置栅格类型、尺寸、间隔,图3-3 工作栅格设置对话框,3.9.5 设置图标首次启动ADAMS/View时,程序会显示所绘样机所有对象的图标，根据需要可以打开或关闭：a:所有的图标；b:某种类型的图标；c:某些对象的图标。在Settings菜单中选择Icon命令，打开图标设置对话框，如图所示：在建模过程中，可以通过主工具箱中的Icons按

29、钮，设置是否显示图标。,图3-4 图标设置对话框,设置图标尺寸,设置不同类型对象的图标,3.9.6 显示视图辅助信息启动ADAMS/View时，程序根据默认设置显示视图辅助信息，以帮助管理模型的视图。这些视图辅助信息包括工作栅格、对象图标、视图方向坐标和视图标题。根据需要可以关闭当前某些视图辅助信息，有两种方法：使用命令菜单，步骤：选择希望改变视图辅助信息的窗口；在View 对话框，选择View Accessories命 令，显示视图辅助信息选择对话框；在工作栅格(Working Grid)、对象图标(Screen Icons)、视图方向坐标(View Triad)、视图标题(View Tit

30、le)等复选栏，根据需要选择或清除选择；b:使用主工具箱的切换工具集。,3.9.7 坐标窗口操作坐标窗口显示当前光标在地面坐标系的坐标位置，在几何建模过程中，显示坐标窗口可以有助于准确地绘制模型，显示坐标窗口的两种方法：在View菜单，选择Coordinate Window命令，或者按F4键；在主工具箱的切换工具集，选择坐标窗口图标命令。,图3-5坐标视窗,3.10定义操作环境,3.10.1 定义地面坐标系默认:笛卡儿坐标系作为地面坐标系,313旋转系列,设置默认坐标系的方法：在Settings菜单，选择Coordinate System命令。或者在主工具箱的移动对象命令集，选择坐标系工具 显

31、示设置坐标系对话框，如图3-6所示。,图3-6设置坐标系对话框,在Location Coordinates栏，选择坐标系类型；在Rotation Sequence栏，选择坐标的旋转系列；选择方向坐标类型，定位于空间的旋转（Spacefixed）或定位于构件的旋转（Bodyfixed)；选择OK按钮。,3.10.2 单位设置ADAMS/View有6个基本的度量单位：长度、质量、力、时间、角度、频率。另外程序中预设了4个度量单位系统，如表3-3所示。,表3-3ADAMS/View预设的单位系统,开机时，程序默认的单位系统是MMKS。根据具体的模型可以修改单位系统，修改单位方法：在Settings菜

32、单中选择Units命令，打开单位设置对话框，如图3-7所示；在单位设置对话框的下方，有4个命令按钮，根据需要选择 相应的按钮；也可以直接在单位选择栏，选择使用的单位，定义自己的单 位系统。,图3-7单位设置对话框,3.10.3 定义重力 默认的重力大小为1G，方向：-Y。可以关闭或打开所有重力，也可以重新设置重力加速度，设置方法：可以在Settings菜单，选择Gravity命令。或者在力工具集，选择重力的图标，在弹出的对话框中修改所需的重力大小和方向。,图3-8力工具命令集,图3-9重力设置对话框,3.10.4 指定保存文件位置ADAMS/View将所有的文件默认保存在C盘的根目录下，可以通

33、过File 菜单下的Select Directory命令，选择所需的存盘目录。,3.11 信息管理,3.11.1 信息管理ADAMS/View通过以下5种方式提供操作过程种的各种报告信息：ADAMS/View窗口底部的状态条；警告窗口；命令信息窗口；数据库信息窗口；ADAMS/View的log文件。,3.10.2 信息操作窗口常用的信息窗口操作有3种：显示或关闭信息窗口。在View菜单选择Message Window命令，显示信息窗口，如要关闭则选择Close；设置信息窗口显示的内容。步骤：在信息窗口，如图310所示，选择Settings按钮，显示信息设置对话框，如图311所示；,图3-11设

34、置信息窗口,图3-10信息窗口,在Display messages genereted via单选框，选择显示信息的来源：Only Graphical User Interface(GUI)widgets 仅显示错误信息和平面输入命令的有关信息；The GUI,the command line,and command files 可以显示来自任何地方的信息；Dont display messages不显示任何信息。,在Display messages only ay or above severity level 单选项，选择显示的信息内容：Information 显示在执行命令过程中发生的所

35、有信息；Warning显示警告信息；Error显示出错信息；Fatal显示程序出现致命错误的信息。清除信息窗口中的内容：选择信息窗口中的Clear按钮。,3.12 帮助信息,ADAMS/View程序过程中获得帮助信息的方法：显示工具标签。在Help菜单中，选择Tips On/Off命令，打开或关闭显示工具标签；Help菜单中，选择Other ADAMS Guides命令，显示ADAMS的其他用户手册；随机的ADAMS用户手册：在ADAMS的安装目录的pdfdocs子目录中，包含有ADAMS所有程序模块的PDF格式用户手册，可以直接到该目录中打开显示有关用户手册；在命令窗口，选择Help按钮，获得所选命令的使用说明。,