多体系统运动模拟_ADAMS

2 坐标系 全局坐标系－Global coordinate system (GCS) 绝对坐标系，固定在地面（Ground Part）上，是 ADAMS中所有零件的位置、方向、速度的度量基准坐标 系（0，0，0）。 ADAMS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。
几个主要的菜单－2
Build | Function：构建各种函数关系式。 Build | Data elements：有Spline, matrix, curve, array Build | System elements ：有State Variable, Differential/Transfer/ Linear State/ General State Equation Review | Create an AVI movie file Review | Create Trace Spline：针对某一点(marker)绘制出模拟过程中 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节，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 ：自行设定。
2.3.1 打开、存储几何模型
ADAMS/View 模型最常用的方式的两种格式： ADAMS/View 数据库文件(.bin) 包含整个数据库，其中存储模型、仿真结 果、输出曲线、用户化界面等等。通常文 件比较大。 除了MSC.ADAMS 11.0 外，都 是与仿真平台相关，即不同的操作系统所 存储的文件不能互相读取。可以包含多个 model。 ADAMS/View 命令文件(.cmd) 只包含一个模型对象及其特征，如质量、 惯量、质心、约束、驱动等，相对来说， 比较小，并且可以编辑的文本格式文件。 与仿真平台无关。 输出文档 ADAMS/Solver 输入文件 (.adm) 几何模型交换文档 (STEP, IGES, DXF, DWG,Wavefront, stereolithography,Parasolid, etc) 仿真结果文档 (.msg, .req, .out, .gra, .res).
§2.2 ADAMS部件及其与外形的 关系
2.2 ADAMS/View部件及其与外 形的关系
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。（除非基于外形的接触碰撞问题） 部件的质量和转动惯量性质 ADAMS/View 只对三维的刚性体自动地计算其质量和转动惯量性质 ADAMS/View 依据该部件的几何体积和密度或材料计算该部件的总质量和转动惯量 可以手工改变部件的这些性质 ADAMS/View 相对于一个代表部件质心的标记点(cm)来定义部件的质量和转动惯量， 该标记点的三个坐标轴代表该部件转动惯量的三个主惯性轴，因此定义转动惯量Ixx, Iyy, Izz 可以修改该坐标系的位置和方向。
1. 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。 2. 提供一种用于解算复杂机械 系统复杂运动的数值方法 。 3. 可以对以机械部件、控制系 统和柔性部件组成的多域问题 进行分析。 4 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。 5. 使用稳定的建模方法可以对 巨大的模型进行分析。
第二章 ADAMS/View
合肥工业大学工程力学系
虚拟样机流程
建立虚拟样机模型: 部件；载荷；接触、碰撞；约束；驱动 测试虚拟样机模型： 定义测试；仿真；动画；曲线 验证虚拟样机模型： 输入实测数据；将仿真数据与之比较 细化虚拟样机模型： 摩擦；函数；部件弹性；控制系统 对设计参数进行迭代计算： 参数化；设计变量 改进设计： DOEs；；优化 自动化设计过程： 个性化菜单；宏； 个性化对话窗
§2.1 ADAMS软件界面介绍
2.1 ADAMS软件启动界面
导入文件如： dxf,shl,cmd 等等 直接退出 建立新模型 打开已经存在的 模型 ADAMS启动初始 路径，可更改。 设置的工作环境 重力场 设置的工作环境 单位系统
ADAMS要启动的 模型名称
来自百度文库
ADAMS/View启动后工作界面
多体系统运动模拟 （MSC/ADAMS教程）
孙文春
合肥工业大学工程力学系
第一章 ADAMS软件概述
合肥工业大学工程力学系
1.1 ADAMS软件介绍
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）软件是由美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的机械系统动力学自动分析软件， 现已经被MSC公司收购。在当今动力学分析软件市 场上ADAMS约拥有70%的市场份额，ADAMS拥有 windows版和unix版，目前最高版本为ADAMS 2012。
约束：对系统中某构件的运动或构件之间的相对运动所施加 的限制称为约束。约束分为运动学约束和驱动约束，运动学 约束一般是系统中运动副约束的代数形式，而驱动约束则是 施加于构件上或构件之间的附加驱动运动条件。 铰：也称为运动副，在多体系统中将物体间的运动学约束定 义为铰。铰约束是运动学约束的一种物理形式。 力元：在多体系统中物体间的相互作用定义为力元，也称为 内力。力元是对系统中弹簧、阻尼器、致动器的抽象，理想 的力元可抽象为统一形式的移动弹簧-阻尼器-致动器 （TSDA），或扭转弹簧-阻尼器-致动器（RSDA）。 外力（偶）：多体系统外的物体对系统中物体的作用定义为 外力（偶）。 机构：装配在一起并允许作相对运动的若干个刚体的组合
主工具箱 工具 小三角为扩 展工具包 模型名称 工作网格 菜单栏
工具窗口 输入区域
状态栏 坐标架
几个主要的菜单－1
File | Open Database : 打开格式为*.bin File | Import :*.cmd, *.adm, *.IGS等 CAD model, *.gra/req/res仿真数据。 File | Export :*.cmd, *.adm, CAD model文件(STEP, IGES, DXF, DWG, Wavefront,Stereolithography),FEA loads File | Print：打印功能，可输出 PS 格式。 Edit | Appearance ： 提供物件透明度、隐藏、颜色等设定。 Build | Model：可建立另一個model、刪除、更名、切换等。 Build | Flexible bodies：分 ADAMS/Flex, Discrete Flexible link， ADAMS/Flex提供mnf档的输入，Flexible Link提供各式断面的杆。 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。
§2.3 建立ADAMS仿真样机 模型
复摆仿真演示
启动license管理器，使ADAMS.license启动，然后运行 ADAMS，出现前述界面。 建立复摆模型 点工具箱图标 建立第一个link，然后以link1的末端 为起点做第二个link。 点工具箱图标 建立约束。 菜单simulate→interactive controls，运行简单仿真 运行结果:\\Double pendulum.avi
1.2 ADAMS模块
ADAMS 软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专 业领域模块及工具箱5 类模块组成，如下表所示。
ADAMS软件模块
1.3 ADAMS基本模块
ADAMS基本模块 ADAMS/View 基本环境
1. 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。 2. 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。 3. 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。
Cartesian（直角）
Cylindrical（圆柱）
Spherical（球）
局部坐标系－Local coordinate systems (LCS)
部件坐标系Part coordinate systems (PCS) 在建立部件的同时产生，随部件一起运动，它在全局坐标 系中的位置和方向决定了部件在全局坐标系中的位置和方向。 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于GCS的位置和方向来 定义。 标记(marker) 固定标记。 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。 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。
DOF 6(n 1) ni
i 1
其中：n—系统部件数目（包括地面） ni—系统内部各约束所限制的自由度数 注意以下几点 复合铰链－m个构件形成复合铰，则转动副为m-1 局部自由度－与所需分析的构件运动无关的自由度。计算系统自由度 可删除 虚约束－重复限制作用的约束。 计算方程要排除虚约束，会随机确定多余约束作为虚约束删除，从 而可能结果与实际有出入，并多解。如门铰链。
Mechanism /Pro
/Driver
/Hydraulics
/Animation
/Driveline
/Car
ADAMS 基本模块
/Control
/Rail
/Flex
/Exchange /Tire
/Linear
1.4 ADAMS基本概念
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)的计算方法
3 坐标系位置和方位的确定 以 Euler角系统定义物体的旋转方式，同时区分为 Body-fixed, Space-fixed,ADAMS/View內定值为 Body[3,1,3] 1 -- X axis 2 -- Y axis 3 -- Z axis
4 单位系统
单位系统 1 2 3 4 MMKS MKS CGS IPS 长度 毫米 米 厘米 英寸 质量 千克 千克 克 斯 力 牛顿 牛顿 达因 磅力 时间 秒 秒 秒 秒 角度 度 度 度 度 频率 弧度/秒 弧度/秒 弧度/秒 弧度/秒
ADAMS/View部件的类型
部件类型分为四种 刚性体(Rigid body) 可以运动，具有六个自由度 具有质量和转动惯量等力学性质. 不能变形 弹性体(Flexible body) 可以运动 具有质量和转动惯量等力学性质 受到外力时会产生变形 点质量(Point mass) 可以运动，但只有三个自由度 具有质量，但不考虑几何外延 大地(Ground part) 每个模型中必须存在，且在进入ADAMS/View 后系统会自动生成 定义绝对坐标系(GCS)及坐标原点，并且在仿真过程中始终静止不动 在计算速度和加速度时起着惯性参考坐标系的作用
ADAMS软件介绍（续）
ADAMS 软件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郎日 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/Solver 求解器
ADAMS/Postprocessor 后处理
1. 显示ADAMS仿真结 果的可视化图形界面 。 2. 提供了一个统一化的 界面，以不同的方式回放 仿真的结果。页面设置以 及数据曲线格式都能保存 以便重复使用，既有利于 节省时间也有利于整理标 准化的报告格式。 3. 可以方便地同时显示 多次仿真的结果以便比较。