ADAMS柔性绳索建模仿真解决方案
基于ADAMS集装箱起重机防摇摆柔性系统仿真分析
吊具及 集装 箱 。结合 防摇性 能 仿真 分析 的 目的对模 型 进 行 了合理 的简 化 ， 将具 有 相 同运 动 状 态 的所 有 模 型 简 化 为一个 整体 ， 如 上 部 的小 车 钢 结 构 及其 上 所 附带 的 电机 、 减速机 、 卷 筒 以 及 所 有 定 滑 轮 等 建 为 一 个 整 体． 下部 的吊具 、 旋转 架 和集装 箱等 建为 一个整 体 。小 车 上 的定滑 轮 与滚筒 间钢 丝 绳 一 直处 于张 紧 状 态 ， 下 端 集装 箱摆 动对 其影 响较 小 ， 因此 分 析将 不 考 虑 定 滑 轮 与卷 筒 间钢丝 绳 。
一
柱 体 与滑轮 间 的接触 增 多 ， 在 提 高 计算 精 度 的同 时会 降低仿 真速 度 ， 计 算耗 时量 较大 。
该 门式 起重 机 防 摇 系 统 主要 由 ８根钢 丝 绳 、 ８个 动滑轮 、 １ ６个 定滑轮 和 １个 卷筒 组 成 。为保 证 钢 丝绳 缠 绕部 分 与滑轮 相切 ， 依 据 滑 轮 内槽 半 径 计 算 离 散 的 单 个小 圆柱 体 长 度 为 １ ７ ７ ｍｍ。防摇 摆计 算 高 度 （ 即
图 １ 小 车整 体 几 何 模 型
图 ２ 吊具 、 转 向 架及 集 装 箱 整 体 几 何 模 型
统 的虚 拟样 机 ， 系统 地研 究 了小 车 由额定 速 度 到静 止 过 程 中 吊具 及集 装箱 的动 态特性 和摆 动 幅度 。
１ 虚 拟样 机建模 虚 拟样 机 主要 包 括 滑 动 小 车 、 ８根 钢 丝 绳 、 滑轮、
１ ． １ 创 建 几 何 模 型 在 Ｎ Ｘ ８ ． ０中建 立 起 重 机 小 车 机 构 、 吊具 、 转向
１ ． ２ 创 建滑轮 绳 索机 构动 力学模 型 滑轮绳 索机 构是 防摇 系 统 的 重要 组 成 部 分 ， 绳 索 的变形 及 振 动 性 能 直 接 影 响 着 整 个 系 统 的性 能 和运 作 。根 据不 同系 统 的需求 ， 在 ＡＤ ＡＭＳ软 件 中利 用 不 同的方 法进 行柔 索建模 ， 以最快捷 、 最 省时 的方 式达 到 仿 真要 求 与研究 目标０ 卜 。但 不 同绳 索建 模 方法 在 建 模难 易程度 、 仿 真 时 间 及 计 算 精 度 上 存 在 一 定 的差 异１ ． ｛ Ｊ ， 本 文将 采用 衬套 连接 的方式 建立 柔索 模 型 ， 其 基 本 思想 就是 将钢 丝绳 离 散 成 许 多小 圆柱 刚 性体 ， 在 圆 柱刚性 体之 间通 过 轴 套 力 （ Ｂ ｕ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ） 连 接 来 近 似模 拟 钢丝绳 。当单个 圆柱 体 相 对 整个 钢 丝 绳 长 度 很小 时 ． 钢丝绳 就可 以视 作 是连 续 的 ， 采 用 这种 方 法 可 以 比较 真实地 反 映钢丝 绳在 滑 轮 上 的缠 绕 ， 以 及钢 丝 绳 的拉 伸 弯 曲等力 学性 能 ， 仿 真精 度较 高 ， 是 目前应 用 较多 的 种建 模方 法 ］ ， 但 是 当离散 刚性 圆柱体 很 多 时 ， 圆
Adams中钢丝绳索类物体建模方法研究
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第 ４ 期（总第 ９７ 期）
机械管理开发
２００７ 年 ８ 月
截面边界点集测量， 测量后的数据点集输入计算机系 统。在测量完最初的两个截面边界曲线（曲线数据点集 分别记为 Ｗ１， Ｗ２）之后， 将其投影至 ＸＯＺ 平面， 根据其 上的数据点投影分布， 可以计算出 ＸＯＺ 平面上相邻两 个截面间的连接矢量［４］： ｆ! ＝Ａ"!Ｂ ＝（Ｚｂ － Ｚａ ）／ （Ｘｂ － Ｘａ ）。
依照以上方法沿 Ｚ 方向继续进行截面边界的测 量， 直至所有截面边界 Ｗ１， Ｗ２， Ｗ３， ……， Ｗｎ全部测量 完毕， 由此就可以获得准确表示原曲面特征的细化截 面边界数据点集。在此期间要注意尽量获取最可靠最 能代表原自由曲面外形特征的特征点和数据点集合。 在得到以上数据点之后， 应该对数据点进行诸如排除 噪声点， 删除冗余点， 数据点重建规划等处理， 以得到 符合拟合重建要求， 确保精度的自由曲面数据点集。 ３结论
【摘 要】 绳索类物体建模一直是虚拟样机设计中的难点， 针对此类问题进行了探讨， 得出 了一种最佳的建模方 法， 并用此法成功地建立了钢丝绳的模型， 并在矿井提升机虚拟样机设计中得到应用。 【关键词】 钢丝绳； 虚拟样机； Ａｄａｍｓ； Ｂｕｓｉｎｇ连接 【中图分类号】 ＴＤ５２６ 【文献标识码】 Ａ 【文章编号】 １００３－ ７７３Ｘ（ ２００７） ０４－ ０００４－ ０３
ｆｏｒ ｖａｒ＝ｔｈｅ＿ｐａｒｔ ｏｂｊ＝．ｍｏｄｅｌ＿１．“ｐａｒｔ＿［ ＾２］ ＊”＆ ｔｙｐｅ＝ＰＡＲＴ
ｍｏｖｅ ｏｂｊｅｃｔ ｐａｒｔ＿ｎａｍｅ ＝ （ｔｈｅ＿ｐａｒｔ） ＆ ｃ１＝０ ｃ２＝－ １００ ｃ３＝０．０ ＆ ｃｓｐａｒｔ＿ｎａｍｅ ＝ ＆ （ｅｖａｌ（ＤＢ＿ＤＥＦＡＵＬＴ（．ＳＹＳＴＥＭ＿ＤＥＦＡＵＬＴＳ， “ｐａｒｔ”））） ｄｅｆａｕｌｔｓ ｍｏｄｅｌ ｐａｒｔ＿ｎａｍｅ ＝ （ｅｖａｌ（ｔｈｅ＿ｐａｒｔ）） ｅｎｄ
ANSYS与ADAMS联合柔性仿真详细步骤
ANSYS与ADAMS联合柔性仿真详细步骤基本思路：在ANSYS中进行模态中性文件(.mnf)文件的输出，然后把输出的.mnf文件输入到ADAMS中，进行零件更换。
最后在ADAMS中进行加载约束，仿真，查看结果。
建模仿真软件:ANSYS14.0 , ADAMS 2012具体步骤：1 ANSYS输出.mnf柔性文件1.1 ANSYS导入模型（.x_t）或者建立模型1.2 建立单元单元1：Solid(Brick 8 node 185)或者其他3D单元;单元2：Structural Mass(3D mass 21),此单元只用于连接点单元;设置材料属性：密度，弹性模量，泊松比3个参数，以N,mm,kg,s作单位,EX为2.1e5，PRXT 为0.3，DENS为7.85e-6。
1.3 创建连接点在两个圆柱孔的中心，创建2个keypoint（注意是圆柱体的中心，不是某个面的中心）。
1.4 划分单元对体用3D单元划分。
1.5 设置实常数这个参数设置，一定要到等到3D网格划分完后再设置。
对mass21进行设置，Real constant Set No. 要大于2，下面的值要非常小。
1.6 对连接点（即keypoints）进行单元划分先设置keypoints 属性，然后再划分。
1.7 建立刚性区域刚性区域都是节点，即连接节点和刚柔接触的面上所有节点。
在ANSYS里面，这一步，连接点为主节点，刚柔接触面上的所有节点为从节点。
1.7.1 建立主节点component选择1个主节点，即连接节点。
按照此方法，对另外一个连接点，建立一个componet。
在这个例子里，命名为m2.1.7.2 建立从节点componet首先选中2个圆柱面（对1个圆柱孔操作）。
然后选择这2个面上所有节点。
按照上述方法，对另外一个连接点和圆柱面上的节点，建立componet。
1.7.3组装主节点和从节点Component，形成1个Assembly按照这个方法，对另外一对主节点和从节点component进行组装。
基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统
基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统一、本文概述随着科技的快速发展，机器人在工业、医疗、军事等领域的应用越来越广泛。
其中，柔性机器人以其独特的柔性和适应性，在众多应用场景中表现出显著的优势。
然而，柔性机器人的动力学特性复杂，传统的建模与仿真方法往往难以准确描述其运动行为。
因此，开发一套基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统，对于提高柔性机器人的设计效率、优化运动性能、预测运动行为具有重要意义。
本文旨在介绍一种基于ADAMS及ANSYS的柔性机器人动力学仿真系统的设计与实现方法。
文章将对柔性机器人的动力学特性进行分析，明确仿真系统的需求和目标。
详细介绍仿真系统的总体架构和各个模块的功能，包括柔性机器人的建模、动力学方程的建立、仿真求解以及结果后处理等。
在此基础上，文章将重点探讨ADAMS和ANSYS在仿真系统中的应用，以及它们之间的数据交互和协同工作机制。
通过实际案例验证仿真系统的有效性，并对未来研究方向进行展望。
通过本文的阐述，读者可以深入了解柔性机器人动力学仿真系统的基本原理和实现方法，为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。
本文的研究成果也将为柔性机器人的设计、优化和控制提供有力的技术支持。
二、柔性机器人动力学建模柔性机器人的动力学建模是理解其运动行为并进行精确控制的关键。
建模过程中，需要同时考虑机器人的刚性部分和柔性部分的动力学特性。
在这个过程中，我们采用了ADAMS和ANSYS这两个强大的工程仿真软件。
我们利用ADAMS进行多体系统动力学建模。
ADAMS以其强大的刚体动力学仿真能力，可以精确模拟机器人的刚性部分运动。
我们根据机器人的实际结构，在ADAMS中建立了详细的多体系统模型，包括连杆、关节、驱动器等各个部分。
然后，通过定义各个部件之间的约束关系，如转动副、移动副等，以及设定驱动器的运动规律，我们能够在ADAMS中模拟出机器人的各种运动状态。
然而，对于柔性机器人来说，仅仅考虑刚性部分的动力学是不够的。
Adams柔性索梁建模之FEpart
从Adams2014版本开始，引入ANCF （Absolute Nodal Coordinate Formulation ）算法，基于该种方式，可在Adams 中快速实现柔性索和柔性梁等类型模型的创建，并且在计算时具备更快地速度，提升效率。
基于这种方法创建的模型在Adams 中叫做FEpart ，即有限元构件模型，可同其他刚体模型进行碰撞或其他约束关系等的定义，还可在其上施加分布载荷，可将其看作为Adams 刚柔耦合功能的补充，可处理大变形、自接触等现象。
Adams 中刚柔耦合功能架构，如下所示：在多体动力学中考虑构件大变形时往往采用传统的离散方法，将本来完整的模型离散成一个个小刚体，刚体之间通过力元连接，该种方法可以一定程度上模拟几何非线性现象，但基于FE Part 可以更进一步，在精度与计算速度方面都有更好地表现。
同时，FE Part 相对于MNF 方法也有很多不同之处，首先其可以更加精确地模拟大变形问题，而线性模态方法则不可，另外，建摸时不需要有限元软件，直接在Adams环境下即可完成。
在口令许可方面，也有了专门的Feature加以明确，如下：FEATURE ADAMS_Nonlinear_Part MSC 2014.1118 18-nov-2014 uncounted \4484928C4511 HOSTID=5c260a527247 ISSUED=20-may-2014 \NOTICE="For the exclusive use of MSC Software employee Zhiwei \Chen" ck=62 SN=1195221-09a6300b72a93741ab53-598b下面基于FE part功能创建说明模型。
下图红色箭头所指即为FEPart建模图标：点击后出现向导对话框，在类型方面有3D和2D等类型供选择：然后，选择所建立模型的扫掠线：会形成三维模型。
adams建立柔性体
adams建立柔性体ADAMS是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件,其求解器采用多刚体动力学理论中的拉格朗日方程方法,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。
对系统动力分析而言,结构本身的弹性变形与系统的宏观刚体运动同等重要。
ADAMS中的所有物体均以刚体定义,忽略结构柔度对系统的影响,一般的有限元分析软件对包含大位移运动的系统动力学分析又无能为力,因此在ADAMS中实现刚体和柔体相结合的系统动力学分析是一个较可行的解决方法。
1996年,ADAMS推出ADAMS/Flex模块,实现了同时包含刚体和柔体的机构动力学分析。
ADAMS中，有3种建立柔性体的方法：1.利用柔性梁连接，将一个构件离散成许多段刚性构件，离散后的刚性构件之间采用柔性梁连接，只适用于简单的构件，其实质还是刚性构件柔性连接，不算是真正的柔性体；离散柔性连接件：把一个刚性构件离散为几个小刚性构件，小刚性构件之间通过柔性梁连接，离散柔性连接件的变形是柔性梁连接的变形，并不是小刚性构件的变形，小刚性构件的任意两点不能产生相对位移，所以离散柔性连接件本质是刚性构件的范畴内。
每段离散件有自己的质心坐标系、名称、颜色和质量信息等属性，每段离散件是一个独立的刚性构件，可以像编辑其他刚性构件一样来编辑每段离散件。
柔性连接件的优点：这种柔性体可以模拟物体的非线性变形,但只适用于简单结构，可以直接帮助用户计算横截面的属性，比直接使用柔性梁连接将两个构件连接起来方便Build——Flexible bodies——Discrete Flexible LinkName：Dis_flex，系统自动按照Dis_flex_elem1、Dis_flex_elem2......的顺序给每个离散连接件起一个名称，Dis_flex_beam1、Dis_flex_beam2.......的顺序给每个柔性梁连接起一个名字Damping Ratio 设置柔性梁连接的粘性阻尼和刚度之间的比值Attachment 确定起始端和中终止端与其他构件之间的连接关系：free、刚性rigid、柔性flexible2.利用其他有限元分析软件将构件离散成细小的网格，进行模态计算，将计算的模态保存为模态中性文件MNF(Modal Neutral File)，直接读取到ADAMS中建立柔性体；由于采用的是模态线性叠加来模拟物体变形,因此模态式柔性体仅适用于线性结构的受力行为。
ANSYSMechanical绳索仿真技术
ANSYSMechanical绳索仿真技术绳索，俗称绳子，是通过扭或编等方式加强后，连成一定长度的纤维。
其拉伸强度很好但没有压缩强度，可用来做连接、牵引的工具。
绳索的用途数不胜数：从建筑中的材料固定、到岩土工程中的柔性锚索、汽车门窗的升降拉索、电缆导线等等。
如何在仿真中高效准确地模拟绳索，对很多行业都有着实际的意义。
下面就以笔者在工作中遇到的一个绳索仿真问题为例，说明在ANSYS Mechanical中新的绳索技术。
以往ANSYS缺乏专门的绳索单元，通常会以Link180单元模拟杆件，设定关键字选项KEYOPT来模拟受拉/拉压/受压等不同特征。
特殊情况下，也有工程师以Beam188单元模拟线缆。
ANSYS2020R1正式加入了新的绳索单元cable280,可以分析上述斜拉绝缘子、线缆等结构。
CABLE280适用于分析中等至极细的缆索结构（如海底缆索）。
该单元是三维空间中的二次三结点线单元。
每个节点有三个自由度：x、y和z方向上的平移。
相比于传统的线单元link180、beam188，cable280收敛性更好，也更贴近实际。
首先选择一根斜拉绝缘子做测试，测试模型由一根线体和两端面体构成，几何模型共享节点。
斜拉绝缘子材料如下表所示。
固定约束面体两端，施加重力加速度，并打开大变形（下同）。
斜拉绝缘子材料属性密度kg/m3弹性模量 Pa 泊松比1800 2.8e10 0.34ANSYS2020R1之后的版本，在线体下方的model type即可选择cable(默认为beam)，如下图所示。
即便选择cable类型，软件自动指定为只受拉不受压的LINK180杆单元，而非Cable280单元。
想必很多同学在这里会很疑惑，不妨可以选用下面的方法来使用cable单元。
即在线体下方插入command snippet：et,matid,cable280sectype,matid,link !Cable单元的截面类型为Link secdata,ARG1 !ARG1为截面面积然后就可以回到最初的阀塔装配体模型，在该复杂装配体中采用cable单元与link单元进行对比计算。
ADAMS钢丝绳建模几种方法探讨
钢丝绳建模几种方法探讨建模, 钢丝绳, 探讨建模, 钢丝绳, 探讨1、用直杆代替，如图中钢丝绳，如需要，也可将其柔性化。
2 、用多段圆柱代替，中间用旋转副或衬套连接。
为了美观，可将圆柱两端作成半球形。
如果要实现绕滑轮无移动缠绕，需要用接触碰撞来实现。
其中实现的关键是接触碰撞的参数选择和你的机器配置。
参数选择不对，圆柱要么被弹飞要么切入滑轮。
一段钢丝绳可以用几十段圆柱来实现，比较现实的方法是用循环命令。
以下是我曾经用过的循环命令。
（比较菜）1）复制第1个圆柱并循环偏移（注意偏移方向的控制）ariable set variable_name=$_self.num integer=1for variable_name=aaa start=1 end=30interface command_builder!interface dialog execute dialog=.gui.par_cop undisplay=yespart copy &part_name = .model_1.(eval("T_"//$_self.num)) &new_part_name = (eval("T_"//$_self.num+1))group modify group=SELECT_LIST obj=.model_1.(eval("T_"//$_self.num+1)) expand_groups=nointerface command_builder!interface dialog execute dialog=.gui.mov_tra undisplay=yesmove translation &part_name = (eval("T_"//$_self.num+1)) &c1 = 395.9797975 &c2 = 395.9797975 &c3 = 0variable set variable_name=$_self.num integer=(eval($_self.num+1))endvariable delete variable_name=$_self.num2）复制第一个圆柱绕滑轮旋转variable set variable_name=$_self.num integer=2for variable_name=aaa start=1 end=4interface command_builder!interface dialog execute dialog=.gui.par_cop undisplay=yespart copy &part_name = .model_1.(eval("PART_"//$_self.num)) &new_part_name = (eval("PART_"//$_self.num+1))group modify group=SELECT_LIST obj=.model_1.(eval("PART_"//$_self.num+1)) expand_groups=nointerface mode repeat=single mode=view_center!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! MODIFY View Centerundo beginview center view=.gui.main.front object = 0.0, 0.0, 0.0 adjust_view=yesundo end!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!var set var=.mdi.TmpDefOri int=10def unit orientation_type=body123move rotation group=select_list csview=main.front &a1=0.0 a2=0.0 a3=-18 about=yes.system_defaults.orientation_type = 10variable set variable_name=$_self.num integer=(eval($_self.num+1))endvariable delete variable_name=$_self.num3）在各段圆柱间施加旋转副variable set variable_name=$_self.num integer=1for variable_name=aaa start=1 end=4interface command_builderint cont und con=.gui.constraint_cre_joi_rev.c_position_by_using_markers interface dialog execute dialog=.gui.constraint_cre_joi_rev undisplay=yes constraint create joint Revolute &joint_name=.model_1.(eval("joint_"//$_self.num)) &adams_id=(eval($_self.num)) &i_part_name=.model_1.(eval("T_"//$_self.num)) &j_part_name=.model_1.(eval("T_"//$_self.num+1)) &location = .model_1.(eval("T_"//$_self.num+1)).MARKER_5 &orientation = 0.0, 0.0, 0.0if con=("" != "")int fie set fie= str=".model_1.JOINT_1"endvariable set variable_name=$_self.num integer=(eval($_self.num+1))endvariable delete variable_name=$_self.num3）在各段圆柱与滑轮间施加接触碰撞力variable set variable_name=$_self.num integer=1for variable_name=aaa start=1 end=4interface command_builderinterface dialog execute dialog=.gui.contact_cre undisplay=yescontact create &contact_name = .model_1.(eval("contact_"//$_self.num)) &adams_id = (eval($_self.num)) &i_geometry_name = .model_1.(eval("T_"//$_self.num)).ELLIPSOID_2 &j_geometry_name = .model_1.pan1.ELLIPSOID_113 &stiffness = 1000 &damping = 10 &dmax = 1.1 &exponent = 11 &augmented_lagrangian_formulation = no &coulomb_friction = onvariable set variable_name=$_self.num integer=(eval($_self.num+1))endvariable delete variable_name=$_self.nu4）删除力或圆柱或约束副（说明：“T_”是要删除的对象，根据不同的对象，做适当更改）variable set variable_name=$_self.num integer=1for variable_name=aaa start=1 end=4group modify group=SELECT_LIST obj=.model_1.(eval("T_"//$_self.num+1)) expand_groups=nomdi delete_macrointerface cmd_window display=togglevariable set variable_name=$_self.num integer=(eval($_self.num+1))endvariable delete variable_name=$_self.num3、用齿轮副或rack_pin或关联副代替。
ADAMS柔性体运动仿真分析研究及运用
ADAMS柔性体运动仿真分析研究及运用□刘 俊□林砺宗 刘小平 □王 刚摘要 介绍ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中调入柔性体的几种方法,着重分析如何在ADAMS中引入ANSY S模态中性文件,构建机械系统仿真模型。
通过一个实例验证了ADAMS柔性体运动仿真分析的实效。
关键词:ADAMS 柔性体 运动仿真 ANSYS 模态中性文件中图分类号:TP39129 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2004)05—0053—03Study and application of ADAMS flexible body kinetic simulation□Liu Jun □Lin Lizong,Liu Xiaoping □W ang G angAbstract Introduced the basic theory of ADAMS flexible body and s ome methods of adding flexible bodies to a m odel to study the dy2 namic characteristics of the mechanical system1Analyzed how to apply ANSY S m ode neutral file in ADAMS,constructed mechanical sys2 tem simulation m odel1T ested the validity of the ADAMS flexible kinematical simulation through an example1K ey w ords:ADAMS F lexible body K inetic simulation ANSYS Model neutral file 机器人动力学仿真分析是机器人设计的重要内容,过去分析时建立的模型,其构件都是属于刚体,在作运动分析时不会发生弹性变形。
ADAMS-柔性体运动仿真分析及运用
ADAMS 柔性体运动仿真分析及运用焦广发，周兰英（理工大学机械与车辆工程学院100081）摘要介绍了ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中生成柔性体的几种方法,并构建机械系统仿真模型.通过一个实例验证了ADAMS 柔性体运动仿真分析的实效.关键词:ADAMS 柔性体运动仿真继电器Application of ADAMS flexible body kinetic simulationJiao guangfa Zhou lanying(Beijing institute of technology ,school of mechanical and vehicular engineering , Beijing 100081 )Abstract Introduced the basic theory of ADAMS flexible body and some methods of adding flexible bodies to a model to study the dynamic characteristics of the mechanical system1,constructed mechanical system simulation model1 Tested the validity of the ADAMS flexible kinematical simulation through an example1.Key words :ADAMS Flexible body Kinetic simulation relayADAMS全称是机械系统自动动力学分析软件,它是目前世界围最广泛使用的多体1系统仿真分析软件,其建模仿真的精度和可靠性在现在所有的动力学分析软件中也名列前茅.机械系统动力学仿真分析是机械设计的重要容,过去分析时建立的模型,其构件都是属于刚体,在作运动分析时不会发生弹性变形.而实际上,在较大载荷或加、减速的情况下,机构受力后会有较大的变形和位移变化,产生振动.ADAMS的分析对象主要是多刚体,但ADAMS 提供了柔性体模块,运用该模块可以实现柔性体运动仿真分析,以弹性体代换刚体,可以更真实地模拟出机构动作时的动态行为,同时还可以分析构件的振动情况[1].一、ADAMS 柔性体理论及生成柔性体的几种方法ADAMS 柔性模块是采用模态来表示物体弹性的,它基于物体的弹性变形是相对于连接物体坐标系的弹性小变形,基金项目：北京市重点学科建设（XK100070424）；北京理工大学基金（0303E10）作者简介：焦广发（1982—），男，河北人，硕士，主要研究方向为动力学仿真，有限元分析和表面涂层技术. 同时物体坐标系又是经历大的非线性整体移动和转动这个假设建立的.其基本思想是赋予柔性体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐标的线性组合来表示弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来描述其变形运动.ADAMS 柔性模块中的柔性体是用离散化的若干个单元的有限个结点自由度来表示物体的无限多个自由度的.这些单元结点的弹性变形可近似地用少量模态的线性组合来表示.ADAMS 提供了四种生成柔性体的方法,对于外形简单的构件,可以采用直接生成柔性件的方法,即拉伸模式；对于外形复杂的构件,可以采用先建刚性件, 再进行网格划分的模式, 即构件网格模式(Solid).1) 拉伸法生成柔性体:首先要确定拉伸中心线,再定义截面半径、单元尺寸、材料属性等,最后定义好柔性体跟其它构件的连接点即外连点,就可以生成柔性体.模型生成柔性件的同时生成模态中性文件,该模态中性文件中包含了柔性件的质量、质心、转动惯量、频率、振型以及对载荷的参数因子等信息.将模型中原有的刚体件上的运动副修改在柔性件上,使柔性件与模型上的其它构件连接起来,同时删除无效的刚性件.这样可以使模型保持原有的自由度,从而实现柔性构件的运动仿真运算.2)几何外形法生成柔性体:这种方法是将几何体的外形所占用的空间进行有限元离散化,几何体既可以是在ADAMS/View中创建的,也可以是从其他CAD软件中导入的模型.这种方法首先要定义柔性件的附着点,即柔性件与其它构件的连接点.定义好附着点后,需要在附着点的附近的网格结点上选取适当数量结点作为力的作用点,作用点的数量和位置根据模型精度的需要来选取.最后,将选取的结点转换成ADAMS 的标识ID后,就可以生成模态中性文件.用这种方法与拉伸法相比,拉伸法创建的柔性体是六面体单元,而几何外形法生成的柔性体是四面体单元.一般来说六面体单元要比四面体单元要好些.3)导入有限元模型的网格文件创建柔性体：在ADAMS/AutoFlex的Flexbody 中选择Import mesh项，然后输入网格文件名，最后定义网格的材料属性，壳单元的厚度和计算的模态数，就可以导入柔性体，但是应用围很小，只能输入Natran的bdf网格文件和I-DEAS的universal网格文件[2].4）利用ANSYS的宏命令生成ADAMS 柔性体：ANSYS是一个多重物理有限元分析软件,适用于各种复杂的、跨领域的分析设计.ANSYS与ADAMS之间的双向数据接口可以方便地处理柔性体部件对机械系统运动的影响,并得到基于精确动力学分析结果的应力应变分析结果,从而提高分析水平.通过ADAMS软件与ANSYS 软件之间的接口,可以很方便的考虑柔性体部件对机械系统运动的影响,并得到基于精确动力学仿真结果的应力应变分析结果,提高分析精度.ANSYS程序在生成柔性体部件的有限元模型之后,利用ADAMS宏命令可以很方便地输ADAMS软件所需要的模态中性文件Jobname.mnf 此文件包含了ADAMS中柔性体的所有信息.在ADAMS软件中直接读入此文件即可看到柔性体部件的模型,指定好柔性体与其它部件的连结方式, 并给系统施加必要的外载后即可进行系统的动力学仿真[3].二、实例分析本文主要应用ADAMS提供的几何外形法生成柔性体.1.应用solidworks软件建立继电器三维实体模型，模型由衔铁、顶支架、底支架、触头、动簧片、动断静簧片、动何静簧片等组成，在建立模型过程中，对模型作了简化，省略了线圈、磁铁等部件，结构如图：1.顶支架2.动簧片3.动断静簧片4.触头5.动簧片6.动合静簧片7.衔铁8.挡圈9.底支架图1 三维软件模型2.建立模型后，生成Parasolid格式，保存于ADAMS的工作目录下.3.导入ADAMS中，并定义各部件的材料属性，同时ADAMS自动计算出转动惯量和质量.对各个部件进行约束.在这里对结构进行了简化，忽略了电学的干扰，只考虑机械结构之间的相互关系.首先用固定副把顶支架和底支架与固定在一起，然后固定动簧片，动断静簧片，动合静簧片，还要把触头与衔铁固定在一起，最后在衔铁与底支架之间施加旋转副，由于触头与动簧片接触，动合静簧片，动断静簧片之间也产生接触力，因此在这些部件之间也要定义接触.因为这次主要是为了验证柔性体的仿真，忽略了电磁学问题，同时也可忽略掉顶支架和底支架，因此把顶支架和底支架设置为哑物体，并对部分构件设为透明如图2所示.经简化后，在旋转副上加正弦驱动力来模拟电磁铁产生的吸附力，驱动力为9.5d *sin(1200* time)，再进行仿真.设置仿真时间为0.015s,步长为0.000025s,由于动簧片为刚性体，当触头与动簧片接触时就会发生错误，当时间步长足够小时，也会发生穿透现象.1.衔铁2.动簧片3.动合静簧片4.动断静簧片5.触头6.衔铁7.底支架图2 简化后的模型4.把关键部件改变为柔性体。
基于虚拟样机ADAMS的钢丝绳建模及仿真
用虚拟样机 软件 ＡＤ ＭＳ提供 的宏 命令 就 可 以轻 松地 Ａ
解 决此 问题 。宏 命令是 Ａ Ａ ／ ｅ Ｄ ＭＳ Ｖｉ ｗ的命令集 。 由 ＡＤ ＡＭＳ Ｖｉｗ软 件 绘 制 目标 模 型 ， ／ ｅ 以模 型 为 模 板 通 过 宏 命 令 复 制 、 环 产 生 钢 丝 绳 模 型 。 在 循
绳模 型 的 理论 ，并 分 析 了用 Ｂ ｓ ｉｇ轴 套 力 和 Ｃ ｎａｔ 触 力 建 立 模 型 的 方 法 ， 为 在 Ａ ｕｈｎ ｏ ｔｃ 接 ＤＡＭＳ软 件 中 创 建 钢 丝 绳 模 型 及 仿 真 分 析提 供 了理论 依 据 。 关 键 词 ：ＡＤ ＡＭＳ ；柔 性 体 ；钢 丝 绳 ；Ｂ ｓ ｉｇ轴 套 力 ｕｈｎ 中 图分 类 号 ：ＴＨ１ ５。 ３ １ ９ ６ ＴＰ ９． ２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
本 文基 于 柔性 体 理论 ， 用 ＡＤ 利 ＡＭＳ建立 钢 丝绳
的模 型 ， 并对 其进 行仿 真分 析 。
１ 钢 丝绳建 模 方法
多体动 力学 仿真 中经 常 涉及 绳 索 类 物体 建 模 ， 但
在 ＡＤ ＡＭＳ中没有对 钢丝 绳 直接 建 模 的工 具 ， 且 钢 并 丝 绳 的各种 系数 （ 刚度和 阻尼 系数 ） 易确定 。利 用 如 不 虚拟 样机软件对 其进行模拟 有如下方法 ：
２１ ０ ２年 第 ４期
郑 世 山 ， ： 于虚 拟 样 机 Ａ ＡＭＳ的 钢 丝 绳 建 模及 仿 真 等 基 Ｄ
ｉ ｔ ｇ ｒ ｖ ｂ ｅ＝ ｌｖａ （ ｐ １ ｎｄ ｎ ｅ ｅ． ａ ｌ ． ｅ ｌ ｉ 十 ）ｅ ｖ ｒａ ｌ ｅ ｅ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｎ ｍｅ＝ ｉ ａ ｉ ｂ ｅ ｄ ｌｔ ａ ｉ ｂ ｅ ａ ｐ
ADAMS软件中绳索类物体的一种建模方法
图 1 微段受力模型
施加轴套力时 , 在两个相互作用的构件的力作用 点分别建立两个坐标标记 ,首先建立的构件为 i 标记 , 其次为 j 标记 K11 0 0 0 0 0 Rx
Fy
0 K22 0 0 0 0 Ry
Fz
0
=
Tx
0
0 K33 0 0 0 0 K44 0
0 Rz 0 θx -
Ty
0 0 0 0 K55 0 θy
Tz
0 0 0 0 0 K66 θz
C11 0 0 0 0 0 Vx
Fx0
0 C22 0 0 0 0 Vy
Fy0
0 0
0 C33 0 0 0 0 C44 0
0 Vz
Fz0
0 θx + Tx0
… (1)
0 0 0 0 C55 0 θy
Ty0
0 0 0 0 0 C66 θz
轴套力的反作用力按式(2) 、(3) 计算。 Fj = - Fi , …………………………………… (2) Tj = - Ti - δFi ………………………………… (3) 从轴套力的计算公式可以看出 , 施加于构件间的 柔性力大小是同构件间的相对位移 、转角 、速度 、角速 度密切相关的 ,只需控制其中的刚性系数和阻尼系数 , 使绳索模型的变形 、振动等物理性能 、动力学性能同现 实中绳索性能相吻合 。
由此实验结果可看出采用 Bushing 连接模型对绳 索类物体建模和虚拟样机分析 。由图 3 可看出在运行 时间持续 15s 左 、右时 ,小车车速出现明显波动 ,与实 际情况相符 。说明 Bushing 连接方式是一种可行的绳 索类物体的建模方法 。
三 、结论
虚拟样机是一门新兴的技术 ,它有着广阔的发展 前景 ,加速了新技术向产品转化的开发 、研制和使用过 程 。虚拟样机的建模问题是虚拟样机应用与分析的基 础环节 。在 ADAMS 软件中 ,对于刚性物体和小变形的 柔性物体的建模分析很容易实现 ,而对于大变形的柔 性物体建模与分析有一定的难度 。本文分析并提出了 Bushing 连接模型的建模方法 。最后对拖令系统中的 绳索类柔性物体采用了 Bushing 连接模型的建模方法 进行试验分析 。
adams柔性体仿真MNF
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Step5:创建DOF List
a
定义外部节点（A-set）。 a. b. c. d. e. f. g. h. i. 选择Elements | Create | DOF List 。 在“DOF List Name” 中输入任意的名称（ 例： A-Set）。 点击 Define Terms… 。 在“DOF List Type:” 中选择 ASET 。 在“DOFs” 中选择全部自由度。 在“Node List” 中选择在连杆大端/小端中心 的 Node 10001 , 10002 。 点击Apply 。 点击Cancel 。 点击-Apply- 。
a
a
c
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Step4:创建RBE2单元
a
a. b. c. d. e. f. g. h. i. j. 选择Elements | Create | MPC | RBE2 。 点击Define Terms… 。 选择Create Dependent 。 在“DOFs” 中选择全部自由度。 在“Node List” 中选择连杆大端的内径部 的全部节点作为从属节点。（如右图采 用 Polygon Pick 可以便于选择。） 选择Create Independent 。 在“Node List” 中选择在连杆大端中心建 立的节点（Node 10001）。 点击Cancel 。 点击-Apply- 。 对于连杆的小端同样按照 b ～ i的顺序操 作创建 RBE2 单元。
a
b
i c f e g
d
h
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Ansys和ADAMS柔性体转化问题的详细步骤
Ansys和ADAMS柔性体转化问题的详细步骤1.进行单元类型定义，实体可选solid 45,质量单元选择mass21；2.编辑mass21质量单元preprocessor－>realconstant->add/edit/delete在对话框中填写属性，一般要很小的数值，如1e-5等；3.设置材料特性，要求有弹性模量（一般为2e11），泊松比（一般为0.3），密度（如钢为7850）这些参数；4.建立几何模型，使用solid 45进行划分网格，5.建立keypoints，此处注意，创建的keypoints的编号不能与模型单元的节点号重合，否则会引起原来的模型变形；6.选择mass21单元对5中建立的keypoints进行网格划分，建立起interfacenodes，在导入adams后这些interface nodes会自动生成mark点，通过这些点和其他刚体或柔体建立连接；7.建立刚性区域（在ADAMS作为和外界连接的不变形区域，必不可少的），preprocessor－>coupling/ceqn->rigid region,选择interface nodes附近的区域的nodes与其相连，由于连接点的数目必须大于或等于2，所以刚性区域至少两个；先选择interface node，单击Apply，再选周围的nodes。
8.执行solution->ADAMS connection->Export to ADAMS命令，要选择的节点为7中建立刚性区域的节点（仅仅是interface nodes），输出单位就选SI就行；即可生成*.mnf文件。
不需要对任何节点作任何自由度的限制。
选择面时候用选择体里的面,然后选择连接接点,然后在连接接点内用BYLATION RESELET选择位置注意警告数目一定要从新设置数目,不然自动退出.附：catia导入ansys方法先将catia文件以model格式另存，打开ansys, file/import/catia…在打开的对话框中选择model格式的catia文件，就可以了。
Ansys和ADAMS柔性体转化问题的详细步骤
Ansys和ADAMS柔性体转化问题的详细步骤1.进行单元类型定义，实体可选solid 45,质量单元选择mass21；2.编辑mass21质量单元preprocessor－>real constant->add/edit/delete在对话框中填写属性，一般要很小的数值，如1e-5等；3.设置材料特性，要求有弹性模量〔一般为2e11〕，泊松比〔一般为0.3〕，密度〔如钢为7850〕这些参数；4.建立几何模型，使用solid 45进行划分网格，5.建立keypoints，此处注意，创建的keypoints的编号不能与模型单元的节点号重合，否则会引起原来的模型变形；6.选择mass21单元对5中建立的keypoints进行网格划分，建立起interfacenodes，在导入adams后这些interface nodes会自动生成mark点，通过这些点和其他刚体或柔体建立连接；7.建立刚性区域〔在ADAMS作为和外界连接的不变形区域，必不可少的〕，preprocessor－>coupling/ceqn->rigid region,选择interface nodes附近的区域的nodes与其相连，由于连接点的数目必须大于或等于2，所以刚性区域至少两个；先选择interface node，单击Apply，再选周围的nodes。
8.执行solution->ADAMS connection->Export to ADAMS命令，要选择的节点为7中建立刚性区域的节点〔仅仅是interface nodes〕，输出单位就选SI就行；即可生成*.mnf文件。
不需要对任何节点作任何自由度的限制。
选择面时候用选择体里的面,然后选择连接接点,然后在连接接点内用BYLATION RESELET选择位置注意警告数目一定要从新设置数目,不然自动退出.附：catia导入ansys方法先将catia文件以model格式另存，打开ansys, file/import/catia…在打开的对话框中选择model格式的catia文件，就可以了。
基于ADAMS的电梯钢丝绳系统建模与仿真
基于ADAMS的电梯钢丝绳系统建模与仿真马幸福【摘要】以电梯钢丝绳提升系统为模拟对象,针对钢丝绳直接建模困难的问题,利用ADAMS二次开发宏命令完成钢丝绳离散化建模、轴套力连接及碰撞接触力添加,成功建立电梯钢丝绳系统仿真模型,并对电梯系统及钢丝绳进行运动仿真分析.仿真结果表明电梯垂直运动特性与钢丝绳的运动特性均符合实际运动规律,验证了建模方法的正确性,为电梯系统的动力学研究及舒适性的优化提供了理论依据.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(026)003【总页数】5页(P32-36)【关键词】电梯提升系统;钢丝绳;宏命令;轴套力;振动加速度【作者】马幸福【作者单位】湖南电气职业技术学院机械工程系,湘潭411101【正文语种】中文【中图分类】TP391.9电梯是城市交通中广泛使用的垂直提升设备，其中钢丝绳系统是电梯最主要的承重部件，电梯系统的整个重量最终全部通过钢丝绳进行承载,电梯提升系统如图1所示.在电梯加速、减速等不同工况下，伴随曳引机高速旋转的振动，钢丝绳系统的动态张力变化很大，产生水平方向与垂直方向的振动，对轿厢系统产生很大的冲击，严重影响电梯运行的舒适性与安全性，同时也会对钢丝绳本身的使用寿命造成影响.因此，对电梯钢丝绳的动态特性进行研究，具有很重要的现实意义.电梯行业中对于钢丝绳的动态性能判定方法停留在传统的标记法、振动法、弹簧称法等[1]，而进行钢丝绳动态特性试验则比较困难.目前常采用虚拟技术进行绳索类部件仿真分析[2，3]，李济顺等[4，5]利用相对节点法，采用Recurdyn动力学软件建立摩擦式提升机虚拟样机模型进行分析；肖闯[6]利用壳单元与梁单元将电缆绳索简化为细长钢带结构进行有限元模拟与模态测试；侯筱婷等[7]利用EON Professional动力学组件模拟塔吊钢丝绳崩断效果仿真；何洁等[8]利用“质点—杆”模型建立空间绳系系统模型，研究绳系系统由释放到稳定状态的受力特性.以上方法各有优点，侧重点各不相同.电梯钢丝绳属于柔性体，本文采用多体动力学分析软件ADAMS对电梯钢丝绳进行建模与运动仿真分析.在ADAMS中难以直接对钢丝绳进行模拟，针对此问题，利用ADAMS宏命令程序对钢丝绳进行离散化建模，从而分析电梯钢丝绳及整个提升系统的运动仿真.1.1 钢丝绳建模方法ADAMS软件具有强大的三维建模与运动仿真功能，但是没有专门的模块进行绳索类物体建模.因此，在ADAMS/View环境下，需要采用其他的方法对钢丝绳进行模拟.目前通常有柔性体建模方法、轴套力建模方法与旋转副建模方法等几种方法. 柔性体建模方法利用有限元分析软件生成的MNF模态中性文件，再在动力学分析软件中生成钢丝绳柔性体，可满足一般精度仿真要求，但不能模拟钢丝绳反向缠绕问题，仿真精度中等.轴套力建模方法利用轴套力连接离散化的小段钢丝绳，可较好地模拟钢丝绳的拉伸、弯曲、振动、缠绕动力学仿真问题，但是钢丝绳离散化的数量和轴套力的数量影响仿真的时间，仿真速度慢，对电脑配置有一定要求，仿真精度较高.旋转副建模方法利用旋转副连接离散化的小段钢丝绳，与轴套力建模方法相类似，但是不能模拟钢丝绳的扭转、反向缠绕问题，仿真精度中等.本文采用第二种方法即轴套力建模方法对钢丝绳系统进行建模.1.2 参数设置为了模拟钢丝绳的实际动态特性，设定钢丝绳的刚度系数：拉伸刚度系数K11=EA/L、剪切刚度系数K22=K33=GA/L、扭转刚度系数K44=Gπd4/32及弯曲刚度系数K55=K66=Eπd4/(64L).其中E为钢丝绳弹性模量，取E=200 GPa；G为钢丝绳剪切模量，取G=800 GPa；d、A分为钢丝绳直径与横截面积，取d=10 mm、A=78.5 mm2；L为离散化钢丝绳长度，取L=100 mm.钢丝绳与曳引机的碰撞接触力只能依据经验或实验数据确定.接触刚度系数如果过低，会导致钢丝绳嵌入曳引机，难以有效反应出钢丝绳的力学性能；接触刚度系数如果过高，由于曳引机转速很快，容易导致钢丝绳从曳引机上弹飞.参阅资料，取接触刚度系数为1×104 N/mm、非线性指数取1.5.根据钢丝绳的材料参数，计算出轴套力各个刚性系数.拉伸阻尼系数和扭转阻尼系数都分别设定为10 N·s/mm和10 N·mm·s/(°)[9].1.3 宏命令建模电梯钢丝绳长度通常在几十米以上，离散化过程中如果手动一段段建模，再手动添加轴套力与接触力，既费时又易出错.而采用ADAMS二次开发宏命令可以轻松完成离散段钢丝绳的复制与连接、离散段钢丝绳之间添加轴套力、离散段钢丝绳与轮子之间添加接触力与碰撞力等建模问题.为减小计算工作量，取1000段离散化小段钢丝绳进行模拟，每段钢丝绳长50 mm，钢丝绳的运动学参数、动力学参数以及物理参数尽量与实际钢丝绳相似，部分宏命令语句如下：defaults model model_name=.elevator_systemvariable create variable_name=num & integer_value=1while condition=(num<999)marker create &marker_name = (eval(".model_1.part_"//num//"&.MARKER_1"//num+1000)) &location = 720,(eval(-1063.895-128.61*num)),0.0 &orientation = 0d, 90d, 90dmarker create &marker_name = (eval(".model_1.part_"//num+1&//".MARKER_1"//num+2000)) &location = 720,(eval(-1063.895-128.61*num)),0.0 &orientation = 0d, 90d, 90dforce create element_like bushing &bushing_name = (eval(".model_1.bushing_"//num)) &adams_id = (eval(num)) &i_marker_name = (eval(".model_1.part_"//num//"&.MARKER_1"//num+1000)) &j_marker_name = (eval(".model_1.part_"//num+1//"&.MARKER_1"//num+2000)) &damping = 8, 8, 8 &stiffness = 7.032e4, 7.032e4, 1.758e5 &force_preload=0,0,19750 &tdamping = 1,1,1 &tstiffness =1.582,1.582,1.266variable modify variable_name=num integer_value=(eval(num+1))end!whilevariable delete variable_name=num采用轴套力建模方法，离散化的小段钢丝绳由轴套力连成一根完整的钢丝绳，较真实地反映出钢丝绳拉伸力学特性，与曳引机缠绕的效果图如图2所示.电梯的垂直升降运动是依靠曳引机与钢丝绳之间的摩擦力来拉动轿厢与对重上下运行的.利用STEP(time,0,0,4,33.33)+STEP(time,4,0,5,0)+STEP(time,5,0,9,-33.33)语句给曳引机施加驱动力，设定电梯匀速运行额定速度为4m/s、最大角速度7 deg/s.曳引机的转动加速度以及钢丝绳在提升过程中的刚度变化对电梯轿厢在垂直方向运动产生振动激励.电梯轿厢导靴与导轨滑动装配，限制了轿厢水平的自由度，防止轿厢左右剧烈偏摆.为模拟电梯的水平振动特性，将导靴简化为弹簧系统，同时以Rand函数产生一组[-1，1]之间的随机数来模拟导轨垂直方向的不平顺度.导轨表面的不平顺度将会给轿厢水平方向产生作用力，导轨—导靴系统构成了电梯水平振动的激励来源.为了便于电梯提升系统建模，对提升系统进行必要的简化：(1)将曳引机用一个圆柱体施加驱动力进行模拟；(2)钢丝绳两端的轿厢、对重分别简化为两个立方体进行模拟；(3)电梯系统5条钢丝绳简化成1条钢丝绳，按5倍的质量—刚度系统进行模拟；(4)将机座橡胶、轿底橡胶、导靴及橡胶卡块等弹性部件简化为弹簧系统.建立电梯提升系统的仿真模型如图3所示.电梯系统的运动特性主要是电梯的垂直运动加速度特性、轿厢的垂直振动加速度特性与轿厢的水平振动加速度特性，这3个运动特性直接关系着电梯乘坐的舒适性.仿真得到电梯系统的垂直振动加速度曲线图、垂直振动加加速度曲线图与水平振动加加速度曲线图分别如图4～图6所示.图4反映了电梯在曳引机驱动力下垂直运行的加速起动、匀速运动与减速制动的加速度情况，是一条刚弹耦合的振动曲线；图5反映了轿厢在曳引机—钢丝绳系统垂直激励下的垂直振动加速度特性；图6反映了轿厢在导轨—导靴系统水平激励下的水平振动加速度特性.根据国家相关电梯标准规定：对于运行速度低于6.0 m/s的电梯，轿厢垂直振动加速度不得超过0.35 m/s2，轿厢水平振动加速度不得超过0.2 m/s2.仿真结果表明，轿厢垂直振动最大加速度值为0.33 m/s2，轿厢水平振动最大加速度值为0.12 m/s2，均满足相关标准要求.分别取相近的3个轴套力连接点作比较，轴套力连接点水平位移特性如图7所示.由图可知3个轴套力连接点动态特性趋势总体相同，最大位移0.022 mm，说明离散化的小段钢丝绳整体动态特性良好，保证了整条钢丝绳的连续性.但是轴套力连接点存在波动差，这是由于钢丝绳是一个变刚度的柔性体，加之导轨表面不平顺度的横向激励冲击，使得钢丝绳发生水平方向位移跳动现象，电梯运行速度越快，跳动越为激烈.任取一段离散钢丝绳作分析，其水平振动特性如图8所示.钢丝绳的振动来源于水平、垂直和侧向三个方向的激励，而且由于上端的曳引机与下端的轿厢返绳轮同时转动，钢丝绳上下端同时被激发振动，振动波形在钢丝绳中间区段叠加，振动现象明显.图中钢丝绳水平振动位移最大峰值为3.0 mm，发生在整个行程的中间时间段，与实际情况吻合.在电梯钢丝绳提升系统的虚拟样机仿真与分析中，通过ADAMS宏命令实现离散化钢丝绳的建模、轴套力的添加及碰撞接触力的设置.仿真分析结果表明，电梯系统的振动特性与钢丝绳的振动特性均符合实际运行规律，验证了建模方案的可行性.由于在仿真过程中对相关部件进行了等效简化，以及依靠经验值进行相关参数的设定，所以对实际仿真结果会有所影响，但本模型建立及仿真过程对于电梯提升系统的运行舒适性研究具有一定的参考意义.【相关文献】[1] 王增才，邵海燕，高峰．多绳摩擦提升机钢丝绳张力监测方法分析[J]．煤矿机械，2002(5)：72-74.[2] 李春明．弹性绳系统的动力学建模与计算机仿真[J]．系统仿真学报，2008，20(1): 62-64，168.[3] 徐杰．基于ADAMS的岸边集装箱起重机结构动力学仿真研究[D]．武汉:武汉理工大学，2010．[4] 李菁，李济顺，刘义,等．虚拟样机技术在摩擦式提升机动力学分析中应用[J]．机械设计与制造，2014,(9): 238-241.[5] 刘义，陈国定，李济顺,等．摩擦提升机的虚拟样机研究[J]．计算机仿真，2009,26(11)：272-277.[6] 肖闯，殷智宏．三维随行电缆简化模型有限元建模与模态实验[J]．中国机械工程，2012，23(16): 1934-1938.[7] 侯筱婷，李昌华．虚拟施工系统中虚拟塔吊动力学建模与仿真[J]．机械科学与技术，2014，33(2): 189-193.[8] 何洁，郑飞．空间绳系系统的运动仿真[J]．机械设计与研究，2014，30(5): 50-52.[9] 李俊文，卜长根，王龙．ADAMS宏命令在钢丝绳式冲击钻机虚拟样机建模中的应用[J]．机床与液压，2011，39(23)：150 -153．。
ADAMS柔性体建模方法的研究
文章编号:1008-1402(2007)03-0370-02ADAMS柔性体建模方法的研究栾锡富(佳木斯大学机械工程学院,黑龙江佳木斯154007)①摘 要: 介绍ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中调入柔性体的几种方法,其中重点介绍了在基于ADAMS的虚拟样机中引入柔性体的理论及方法,并分析比较了不同方法的特点,指出用ADAMS软件柔性化方法进行设计研究的重要意义.关键词: 柔性体;ADAMS;模态中性文件中图分类号: TP391.29 文献标识码: A0 引 言机械系统中的柔性部件对系统的动态特性有很大的影响,过去分析时建立的模型,其构件都是属于刚体,在作运动分析时不会发生弹性变形.而实际上,机构受力后会有较大的变形.ADAMS软件是著名的机械系统动力学仿真分析软件,分析对象主要多是刚体,但ADAMS提供了柔性体模块,运用该模块可以实现柔性体运动仿真分析,以弹性体代换刚体,可以更真实地模拟物体的运动.1 ADAMSΠFlex柔性模块[1]ADAMSΠFlex是ADAMS软件包中的一个集成可选模块,它提供ADAMS与有限元分析软件AN2 SY S,NASTRAN,ABAQUS之间的接口.利用此模块可以考虑物体的弹性,在模型中引入柔性体,从而提高系统仿真的精度.ADAMSΠFlex是采用模态柔性来表示弹性的.其基本思想是赋予柔性体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐标的线性组合来表示弹性位移,通过计算每一时刻物体的弹性位移来描述其变形运动.ADAMSΠFlex中的柔性体可采用(M NF)来描述,该文件是一个独立于操作平台的二进制文件,它包含以下信息:几何信息、结点质量和惯量、模态、模态质量和模态刚度.如果是有限元专家,可以自己将有限元结果写成模态中性文件,但更可行的方法是利用ANSY S,NASTRAN,ABAQUS等商品化有限元软件包进行分析后将结果转换成模态中性文件[2].一旦创建了模态中性文件,就可以将它输入到ADAMSΠView或ADAMSΠS olver中,建立相应零件的柔性体.具体的操作流程如下:图1 ADAMS柔性体建模流程导入中性文件M NF生成的柔性体模型最大的缺点就是很难定义作用力,只有当柔性体是主动(施力)物体时才能在其上施加下列作用力:具有六个分量的广义力向量、具有三个分量的力向量、具有三个分量的力矩向量.如果柔性体是被动(被加载)物体,则可以通过在柔性体上附加一个无质量联接物体,将以上作用力加在无质量联接物体上.要建立一个无质量联接物体,只需要去掉物体的几何体即可,因为在缺省情况下ADAMSΠView是根据物体的几何体来确定其质量的.2 离散化的方法运用离散化的方法建立柔性体模型是在AD2AMS中创建柔性体模型的另一种方法.下面以连续梁为例,介绍如何用离散化的方法创建柔性体.在ADAMSΠView中,从“Build”主菜单的下拉菜单中,选择“Flexible Bodies”,接着选择“DiscreteFlexible Link”,一个创建柔性体的对话框就出现了[3],如图2所示.在对话框里要填写如下内容:“Name”一栏中,输入要创建的连续梁的名字.①收稿日期:2007-03-12作者简介:栾锡富(1949-),男,黑龙江佳木斯人,佳木斯大学机械工程学院副教授. 第25卷第3期 佳木斯大学学报(自然科学版) Vol.25No.3 2007 年05月 Journal of Jiamusi University(Natural Science Edition) May 2007“Segment ”一栏中,输入要把连续梁分成几段.在“Dam ping Ratio ”一栏中,输入要加在所有模态上的阻尼率,或选择缺省值.要为连续梁确定两个端点,“Marker1”,“Marker2”.图2 连续梁生成对话框最后选择“OK ”,在ADAMS ΠView 中显示生成的连续梁模型.ADAMS 中的连续梁是由若干个无质量横梁(Massless Beam )由连接器(connector )工具连接而成.可以通过修改无质量梁特性对话框来定义无质量横梁的力学特性来构造实际工程状态下不同力学性能的连续梁.在此对话框中,可以定义转动惯量(I xx ,I yy ,I zz ),剪切率(Shear Area Ratio ),杨氏模量(Y oung ’s M odulus ),剪切模量(Shear M odulus ),阻尼率(Dam ping Ratio )等.通过对这些参数的控制,我们可以构造不同力学特性的连续梁.连续量的构建方式给了我们启示,我们可以用这种离散化的方法来创建柔性体.把具有一定几何实体的ADAMS 刚性模型分割成多个实体块,并定义其中每个实体块的力学特性,来构建ADAMS 柔性体.3 结束语传统的设计方法,在柔性体建模方面有很大的局限性,用ADAMS 软件柔性化方法,可以很方便地进行设计研究,更能体现该方法重要意义.参考文献:[1] ADAMS ΠF LEX User ’s M anual.M echanical Dynamics Inc.2000.[2] 梁浩,余跃庆,张成新.基于ADAMS 及ANSY S 的柔性机器人动力学仿真系统[J ].机械科学与技术,2002,21(6):892-895.[3] 李军,邢俊文,谭文洁.ADAMS 实例教程[M].北京:北京理工大学出版社,2002.R esearch on Modeling Method of Flexible Bodies Using ADAMSLUAN Xi -f u(College of Mech anical E ngineering ,Jiamusi U niversity ,Jiamusi 154007,China )Abstract : This paper introduces the basic theory of ADAMS flexible body and s ome methods to add flexible bodies to a m odel in ADAMS.The main point is that the theory and methods put the flexible body into virtual prototype based on ADAMS.M oreover ,it analyzes the characteristics of different methods and points out the im portant sense of the theory and methods which put the flexible body into virtual prototype based on ADAMS in the design and research.K ey w ords : flexible bodies ;ADAMS ;M NF173第3期栾锡富:ADAMS 柔性体建模方法的研究。
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ADAMS柔性绳索建模仿真解决方案
柔性绳索在现代工程领域中应用广泛，如航天器的缆绳、桥梁的悬索
以及建筑物的索具等。
为了提高柔性绳索的设计和性能评估能力，建模仿
真成为一种重要的解决方案。
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是一种广泛应用的建模仿真软件，可以用于柔性绳
索的建模、仿真和分析。
首先，柔性绳索的建模是模拟仿真的首要任务。
在ADAMS中，可以使
用BEAM元素来建立柔性绳索的几何形状和刚度特性。
BEAM元素可以描述
绳索的弹性应变和应力分布，并且与其他物体进行连接和交互。
此外，还
可以使用TRUSS元素来表示绳索的节点和连接方式。
通过将BEAM元素和TRUSS元素组合使用，可以实现对复杂绳索结构的建模。
其次，柔性绳索的仿真是解决方案的核心。
ADAMS提供了多种仿真方法，如运动学仿真、动力学仿真和模态分析等。
通过对绳索模型施加外力、应用边界条件和指定初始状态，可以模拟绳索在不同工况下的动态响应。
同时，还可以进行多体系统的动力学优化和模态特性分析，以评估绳索的
性能和可靠性。
最后，柔性绳索的解决方案还包括结果分析和验证。
ADAMS提供了丰
富的结果输出功能，可以对绳索的受力、变形和应力进行可视化和分析。
通过对比仿真结果和实验数据，可以验证绳索模型的准确性和可靠性。
同时，还可以通过参数化设计和灵敏度分析，优化绳索结构和材料，以满足
不同工程要求和性能指标。
综上所述，ADAMS是一种强大的柔性绳索建模仿真解决方案。
通过建
立绳索模型、进行仿真和分析，可以提高绳索设计的效率和准确性。
未来，
随着科学技术的不断发展和软件工具的不断完善，相信ADAMS在柔性绳索领域的应用将更加广泛和深入。