虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程

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综述基于ADAMS的液压仿真虚拟样机技术

综述基于ADA M S 的液压仿真虚拟样机技术3程　燕,鲍务均(武汉大学动力与机械学院,湖北武汉　430072)摘　要:当前液压驱动在整个机械工业领域得已广泛应用,现代市场竞争对其提出了更高更多更快更省的要求,虚拟样机技术作为此阶段应运而生的应用技术在液压控制分析中显得尤为重要。

文章综述基于ADAMS 的液压虚拟样机技术在机械系统仿真方面的优势和具体操作;并阐述其功能拓展,利用其提供的与其他分析软件的接口来进行互作、协调、统一,最终实现对整个机2电2液系统虚拟实现仿真分析。

关键词:虚拟样机;ADAMS/Hydraulics ;液压;模拟中图分类号:TP391.9 文献标识码:B 文章编号:1007-4414(2005)01-0094-021　研究目的意义虚拟样机(V irtual Pr ot oty pe )技术采用数值仿真形式进行虚拟产品设计开发,仿真模型的参数就是物理样机的设计参数,仿真模型能替代物理样机进行设计参数的测评。

虚拟样机因为参数修改方便,相比物理样机而言是“软模型”,能轻易的实现原型的多样化,柔性好。

虚拟样机技术无需制造实物样机就可预见和预测产品的性能,减免了昂贵成本的物理样机制造研发过程,降低了开发成本,节省了因物理样机制造装配所需要的长期修正时间,同时减少了不合理方案盲目上马的风险。

图1所示为虚拟样机原理图。

图1　虚拟样机原理在现代工业中液压传动技术几乎应用于所有机械设备的驱动、传动和控制。

例如利用液压传动技术操纵汽车转向和制动,控制飞机飞行,驱动和控制机床、收割机、土木工程机械、采矿机械、食品机械以及医疗机械等。

在某种意义上几乎可以说,在各类现代工业产品中都可以看到液压传动技术的应用[2]。

鉴于液压技术使用的广泛性及现代机械设计生产快速发展的紧迫性,当前用于液压的虚拟样机技术得到高度重视,得以高速发展。

至今,利用计算机对液压元件和系统进行仿真虚拟研究和应用已有30年的历史。

第3章ADAMSView虚拟样机的建模

第3章ADAMSView虚拟样机的建模
修改构件的/View劳动自动的为每个几何体取一个名称，规则是根据几何体的类型和序号。例如：当产生第一个质量点时，ADAMS/View命名为POINT_MASS_1。产生第二个质量点时，命名为POINT_MASS_2；各种形状的刚性形体统一视为构件，用PART命名，创建第一个几何体时，ADAMS/View命名为PART_2，接下来，依次命名为PART_3、PART_4……,其中在 ADAMS/View中Ground默认为PART_1。
Cylinders
Spheres/ Ellipsoids
Length (z), Radius, Anchor CSM, Parent Part
3-Diameters, Anchor CSM, Parent Part
Frustums Torus
Length(z), Bottom and Top Radii, Anchor CSM, Parent Part
第3章ADAMSView虚拟样机的建模
选项
Solid Rectangle
Hollow Rectangle
Solid Circular Hollow Circular
I-Beam
Properties
表3-5 柔性连杆截面参数
图例
名称
截面参数
实心矩形空心矩形实心圆形
Orient Marker：方向标记点 Width：宽 Height：高
视图控制
图标
表3-1 视图控制工具
作用
命令
平移
Translate
旋转
Rotate
缩放
Zoom In/Out
区域缩放
Zoom Box

基于ADAMS软件仿真虚拟样机的模型建立(精)

②在category栏选择mass properties；在define mass by栏选择geometry and material type；在material type 栏，输入零件的材料③点击修改对话框下角的show calculated inertia，计算零件的质量和转动惯量等参数；④ Ok退出，即完成零件的物性修改，其它零件类推。

5）模型建立导入完毕。

三、实例操作分析简易起重机的建模利用adams自身建模工具完成
装载机工作装置建模利用其它CAD建模然后导入ADAMS完成
本讲小结：本次课主要介绍基于ADAMS仿真软件的机械系统样机的模型建立，先从单个零部件的模型建立介绍到系统的样机建立以及位置的调整和参数的修改；并详细介绍了ADAMS软件在建立模型时与其它三维CAD 软件的转换。

用ADAMS软件建立模型时，一定注意辅助线要及时删除；删除零件时要彻底。

基于ADAMS软件仿真虚拟样机的模型建立

壳体开口所在面，点击a 右键即可完成。 30
5、修改几何形体
(1) 拖动热点
修改几何形体有 3种方法：拖动热点、利用对话框和编辑位置表。
热点
a
31
(2) 利用对话框
几何体名称
标志点宽度
a
厚度
32
(3) 编辑位置表
a
33
6、修改构件特性
构件特性包括：质量、转动惯量和惯性积，初始速度，初始位置和方向等。
a
14
几何形体剪完后的提示信息
a
15
2、简单形体几何建模
建模工具圆柱
体
球体
长方体
圆锥体
圆环体
连杆
平板
拉伸体
a
平面
旋转体
16
长方体的绘制过程选择图标
下方状态栏设置
a
新零件添加到一零件上添加到地上
长、高、宽的参数设置
17
拉伸体的绘制过程
选择图标下方状态栏设置
仿真，需要对每一个零部件添加材料特性，方
法如下：
a
44
①将鼠标放在要修改的零部件上，点击右键，依次选择：浮动菜单的第一项 part—modify，打开修改对话框；
特性参数
修改对话框
a
45
②在category栏选择mass properties；在define mass by栏选择geometry and material type；在material type 栏，输入零件的材料
3) 选择User Input选项。此时由用户输入质量和惯性矩。
a
36
修改初始速度对话框

虚拟样机技术及其在ADAMS上的应用

术特点
▪ 数字化方式
一、产品存在的数字化二、开发管理的数字化三、信息交流的数字化
▪ 产品全生命周期
CAD/CAE/CAM/PDM VP/PLM （虚拟样机/产品全生命周期管理）
▪ 网络协同
数字化方式
装配过程仿真装配过程仿真
CAM
强度分析
数字预装配结构分析
虚拟样机技术及其在 ADAMS上的应用
福州大学机械学院郭晓宁
2020/5/2
现代产品开发新
美国波音777飞机技术的里程碑
▪ 虚拟产品开发
(Virtual Product Development, VPD)
▪ 虚拟样机技术
(美Vi国rtuBa7l77的应用效 Prototyp果ing, VP)
开发周期：9年－>4.5年成本降低：25％出错返工率减少:75% 制造周期缩短:50% 100％整机数字化设计
由分布的、不同工具开发的、甚至异构的子模型组成的模型联合体（CAx、DFx、外观、仿真……），这些数字模型联合体即虚拟样机（virtual prototype），能从视觉、听觉、触觉以及功能、性能和行为上模拟真实产品。
现场沉浸感背面投影立体显示交互快速原型
虚拟样机的内涵
虚拟样机开发过程是产品全生命周期内基于模型的不断提炼与完善的过程
管路设计
产品全生命周期
制造
生产
销售
设计/确认
使用
概念设计
VP/PLM
规划
维护/服务报废/回收
二、虚拟产品开发技术 3、虚拟产品开发使能技术
▪产品数字化建模：几何模型、分析模型、制造模型 ▪PDM/PLM（产品数据管理/产品全生命周期管理）

虚拟样机技术及ADAMS

第6期(总第127期)2004年12月机械工程与自动化M ECHAN I CAL EN G I N EER I N G &　AU TOM A T I ON N o 16D ec 1文章编号:167226413(2004)0620066202虚拟样机技术及ADAM S王　成,王效岳(山东理工大学机械工程学院,山东　淄博　255012)摘要:ADAM S 是目前著名的虚拟样机分析软件。

运用ADAM S 软件,用户可以很方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析。

简单介绍了虚拟样机技术和ADAM S 软件,最后给出了一个平面四连杆机构应用实例。

关键词:虚拟样机;ADAM S ;平面四连杆机构中图分类号:T P 39119 文献标识码:A收稿日期:2004206210作者简介:王成(19772),男,山东省莱州市人,硕士研究生,研究方向:机器人仿真;王效岳(19612),男,山东省昌邑市人,教授,博士。

1　虚拟样机技术111　虚拟样机技术的基本概念[1]虚拟样机技术是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术(指在某单一系统中零部件的CAD 和FEA 技术)糅合在一起,在计算机上创建出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计、提高产品性能的一种新技术。

虚拟样机技术是从分析解决产品整体性能及相关问题的角度出发,解决传统设计与制造过程弊端的高新技术。

在该技术中,工程设计人员可以直接利用CAD 系统所提供的各零部件的物理信息及其几何信息,在计算机上定义零部件间的连接关系并对机械系统进行虚拟装配,从而获得机械系统的虚拟样机。

使用系统仿真软件可以在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动,并对其在各种工况下的运动和受力情况进行仿真分析,观察并试验各组成部件的相互运动情况;还可以在计算机上方便地修改设计缺陷,仿真试验不同的设计方案,对整个系统进行不断地改进,直至获得最优设计方案后,再做出物理样机。

基于ADAMS的液压系统虚拟样机

7
实例分析
反铲式挖掘机是工程施工中使用较多的工程机
械之一，在对其液压系统的设计中，为了提高工作效率，需要提高铲斗的工作速度，但速度的提高会对液压系统产生较大的影响，引起铲斗震动，降低运动精度，增加操作者的疲劳度。可以应用 #$#%&!-./ 对潜在的各种设计 01234(56 建立液压系统虚拟样机，问题进行预测，在建造和实验样机前，优化设计方案。使用 #$#%&!-.01234(56 设计和研究具有液压回路的机械系统。首先在 #$#%&!-.01234(56 下建立一个反铲式挖掘机模型（此处由于只分析铲斗的工作状况，可以只建立工作装置的模型），如图 , 所示。
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液压液力・
建模器，其液压系统图形建模功能简单易懂，适用于各种不同的液压系统建模；二是丰富的液压元件库，包括 !" 种常用的液压驱动元件，采用柔性建模方式，有助于减少用户对不同种类元件的要求；三是开放式建模环境，用户可以扩充液压元件库，自行设计专用元件；四是强大的求解功能和完善的分析功能，液压系统动力学方程与系统机械方程组完美偶合，充分发挥积分器的解算效率，支持 #$#%& 的全部分析模块，静力学，准静力学，模态和动力学分析；五是参数化设计，液压元件以及液压与机械元件的各种组合方案均可采用设计变量、实验设计、设计研究和优化等技术；六是同一模型多个液压驱动回路，多个独立的液压驱动回路，完整而精确的描述虚拟机的性能。

虚拟样机技术在ADAMS中的实践

虚拟样机技术在ADA M S 中的实践3林建冬,原思聪,王发展(西安建筑科技大学机电学院,陕西西安　710055)摘　要:运用虚拟样机技术,可简化机械产品的设计开发过程,缩短产品的开发周期和降低开发成本,获得最优化和创新的设计产品。

阐述虚拟样机的先进性及应用软件ADAMS 的设计流程,通过多功能开沟机工作臂的仿真设计给出虚拟样机的具体应用。

关键词:虚拟样机技术;ADAMS;开沟机;仿真中图分类号:T H166 文献标识码:A 文章编号:1007-4414(2006)06-0066-03The practi ce of v i rtua l prototyp i n g technology under ADAM SL in J ian -dong,Yuan Si -cong,W ang Fa -zhan(School of m ech .&elec .eng .,X i ′an univ .of arch .&tech .,X i ′an Shanxi 710055,China )Abstract:The app licati on of virtual p r ot otyp ing technol ogy can greatly si m p lify p r ocess of mechanical p r oduct devel opment,shorten circle of p r oduct devel opment,decrease cost as well as get the most op ti m ized and innovati onal of p r oduct .The essay expatiated the advantage of virtual p r ot otyp ing technol ogy as well as the design p r ocess of its app licati on s oft w are ADAMS .Fi 2nally,the si m ulati on design of ditching machine ′s operating ar m was given as an exa mp le of app licati on of virtual p r ot otyp ing technol ogy .Key words:virtual p r ot otyp ing technol ogy;ADAMS;ditching machine;si m ulati on 虚拟样机技术(V irtual Pr ot otyp ing Technol ogy )是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术结合在一起,在计算机上建造出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,从而改进产品设计、提高产品性能的一种新技术[1]。

虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程

拥有windows版和unix两个版本，目前最高版本为ADAMS 2005。
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(虚拟机械系统，虚拟样机)，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。
设计题目：工作输送机
专业：机械设计制造及其自动化班级：
学生姓名:学号：
起迄日期:2014 年 12月16 日 ~ 2014 年 12月31日
指导教师:周明
第一章
生产线上的步进式工件输送机
工作输送机能间歇的输送工件，电动机通过传动装置、工作机构驱动滑架往复移动，工作行程时滑架上的推爪推动工件前移一个步长，当滑架返回时，由于推爪与轴间装有扭簧，推爪得以从工件底面滑过，工件保持不动。当滑架再次向前推进时，滑爪己复位，井推动新的工件前移，前方推爪也推动前一工位的工件前移。其传动装置常由减速器和一级开式齿轮传动组成。
【3】郭卫东主编虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程.北京航空航天大学出版社，2013
第四章
经过了一个星期的课程设计使我们深刻地体会了机械设计的艰辛。一个简单的机构加上用虚拟机模拟还是让我们累的够呛的，我们认清了自己定位，了解了自己的不足，我们将继续努力！
最后真诚得感谢周明老师！
ADAMS是英文Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems的缩
写，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。
在当今动力学分析软件市场上ADAMS独占鳌头，拥有70%的市场份额，ADAMS

虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践

机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技析P9Q。理，外观和功能特性的有关信息。
目前对于虚拟样机的概念还没有一种通用精确的定义，针对不同的研究领域，有不同的定义方法。从计算机图形学的角度出发， M+# 2+. 等人将虚拟样机定义为一种快速评价不同的物（NO）、计算机仿真技理产品设计的方法。通过将虚拟现实技术术和 A?2 技术相结合，建立起一个物理造型的数字原型。产品设计人员可以通过具有高度沉浸感的虚拟现实用户接口灵活的操纵、控制和修改该原型，并支持设计数据的重用和仿真分从机械工程研究领域的角度出发， LR I$ ?#R/07 等人认为虚拟样机是一种针对测试的对象和物理原型进行的一个虚拟制造和仿真过程，基于虚拟样机技术建立的工程化制造开发模型可以使设计人员访问一个实际物理模型的所有关于机械，物
r07等人认为拟样机是一种针对测试的对象和物理原型进行的一个虚拟造和仿真过程基于虚拟样机技术建立的工程化制造开发模可以使设计人员访问一个实际物理模型的所有关于机械理外观和功能特性的有关信息
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图 @ 虚拟样机的体系结构
<2<*C 环境。环境定义数据指在产品工作过程中，施加在产品上的外界激励的总称。对产品进行受力分析和运动分析，使产品受到和真实工作中
图 % <2<*C 仿真分析步骤
虚拟样机的开发和实施涉及许多关键技术和相关的领域，主要包括：系统总体技术、建模 H 仿真技术、虚拟现实 I EG J 技术、产品建模技术、模型 EE5< I 校验、验证和确认 J 技术和支撑平台 H 框架技术。

虚拟样机作业(ADAMS)

虚拟样机作业学院机械科学与工程学院班级411205班实验日期2014．5．15学号41120509 姓名实验成绩实验名称：夹紧机构模拟仿真实验目的：1、学会在adams/view中利用各种图形工具建立零件外形；2、学会移动零部件的位置；3、掌握如何正确的建立个零件之间的约束关系；4、熟练函数编辑器的使用；5、熟练后处理模块的使用；建模过程及相关图像1、写出模型的拓扑结构摇臂（Pivot）通过旋转副joint_1与地面连接通过旋转副joint_3与手柄连接通过旋转副joint_2与挂钩连接手柄（Handle）通过旋转副joint_3与摇臂连接通过旋转副joint_4与连杆连接通过作用力sforce_1与地面连接锁钩（Hook）通过圆柱副joint_5与连杆连接通过旋转副joint_2与摇臂连接通过弹簧spring_1与地面连接连杆（Slider）通过旋转副joint_4与手柄连接通过圆柱副joint_5与锁钩连接2.设计点及其坐标建模后得到模型如下零件图a.枢轴c.弹簧e.滑杆f.固定支架仿真过程及相关图像1.仿真过程中弹簧力的测量及角度测量的图如下：上图中图1和图2分别是仿真过程中夹紧力与角度随时间变化的图像。

2.创建角度传感器后再次仿真得到的夹紧力及角度随时间变化的曲线如下：夹紧力随时间变化曲线角度随时间变化曲线3.实验验证实验仿真数据曲线实验和仿真数据比较曲线图3.参数化模型编辑设计变量参数化模型仿真结果不同结构的弹簧力测量结果4.运行设计研究结果弹簧力随时间的变化曲线手柄角度随时间的变化曲线经过上述研究可以了解哪些设计变量对夹紧机构有较大的影响。

从而为进一步优化设计奠定基础。

5.优化设计结果手柄角度的变化曲线夹紧力的变化曲线各次迭代过程的最大夹紧力值优化分析报告优化分析结果SPRING_1_MEA_1 DV_4 DV_6 DV_8 初始值-832.64 3 8 10优化值-999.91 3.2762 7.8652 10．017从上表及优化分析报告中可以看出，经过10次迭代运算，ADAMS找到一个最优点，使得最大夹紧力由832提高到971N。

工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤

增强积分器的鲁棒性，提高复杂系统的解算速度；采用适用于柔性单元（梁，衬套，力场，弹簧-阻尼器）的新算法，可提高 S12 型积分器的求解精度和鲁棒性；
样条数据文件，样条数据文件子程序还支持用户定义的数据格式；具有丰富的约束摩擦特性功能，在 Translational， Revolute， Hooks， Cylindrical， Spherical， Universal 等约束中可定义各种摩擦特性。 1.4 后处理模块（ADAMS/PostProcessor） MDI 公司开发的后处理模块 ADAMS/Postprocessor，用来处理仿真结果数据，显示仿真动画等。既可以在 ADAMS/View 环境中运行，也可脱离该环境独立运行。后处理的操作界面如图 1.2 所示。 ADAMS/PostProcessor 的主要特点是:采用快速高质量的动画显示，便于从可视化角度深入理解设计方案的有效性；使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速检索对象；具有丰富的数据作图，数据处理及文件输出功能；具有灵活多变的窗
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KU
用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型，其模型可以是刚体的，也可
ST
Kust 内部资料
吴老师
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 一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS 软件有两种操作系统的版本：UNIX 版和 Windows NT/2000 版。 1.2 用户界面模块（ADAMS/View） ADAMS/View 是 ADAMS 系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的交互式图形环境，将图标操作，菜单操作，鼠标点击操作与交互式图形建模，仿真计算，动画显示，优化设计，X-Y 曲线图处理，结果分析和数据打印等功能集成在一起。 ADAMS/View 采用简单的分层方式完成建模工作。采用 Parasolid 内核进行

ADAMS入门详解与实例-第01章 ADAMS View基础

最优方案
优化设计
定制界面：制定菜单和便捷的对话框
定制界面
本章小结
本章对计算机辅助工程（CAE）概述、ADAMS/View界面、 ADAMS/View常用的窗口进行了介绍，重点讲解设置工作环境，最后简单介绍了ADAMS的设计流程
本章练习
将课上讲解的操作自己上机练习一次
➢ADAMS有三种坐标系： (1)笛卡尔坐标系（Cartesian） (2)柱坐标系（Cylindrical） (3)球坐标系（Spherical）
➢ADAMS中：（1）绕x轴旋转称为1旋转；（2）绕y轴旋转称为2旋转；（3）绕z轴旋转称为3旋转；
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二、设置工作格栅
➢工作格栅设置方法：【Settings】→【Working Grid】
快捷键
Ctrl+N Ctrl+O Ctrl+S
功能
新建数据库打开数据库保存数据库
Ctrl+shift+ Z
Ctrl+E Ctrl+C Ctrl+X
恢复上一步的撤销操作
编辑一个元素复制一个元素删除一个元素
快捷键
Ctrl+Q Ctrl+Z
F1
F2
F3 F4 F8
功能
退出ADAMS/View 取消上一步的操作根据当前的状态，打开
七、设置图形区的背景色
➢图标设置方法：【Settings】 →【View Background Color】
八、设置名称
➢模型的元素可以用名称或编号（ID）表示
➢建立模型时，系统会给模型元素自动赋予一个名称和一个编号
➢模型的元素可以是长格式或短格式