ADAMS参数化建模及优化设计
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ADAMS参数化建模及优化设计
华中科技大学CAD中心
参数化的四种方法
参数化点坐标 使用设计变量 参数化运动方式 使用参数表达式
参数化建模应用实例
以双摆臂独立前悬架运动学模型为例 以参数化点坐标的方式进行参数化建模
双摆臂独立前悬架拓扑结构
主要部件：上摆臂 （UCA）、下摆臂 （LCA）、转向节 （Knuckle）、横向拉 杆（Tie Rod）、测试 台（Test Plane）、地 面（Ground）
Location
Along Axis…
lca_knuckle
lca_f_center
lca_knuckle
lca_r_center
tierod_knuckle tierod_middle
test plane
wheel_center
knuckle_center uca_knuckle
knuckle_center lca_knuckle
说
明
下摆臂后端与车体铰链联接点 下摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与下摆臂铰链联接点 上摆臂后端与车体铰链联接点 上摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与上摆臂铰链联接点 左横向拉杆与车体铰链联接点 转向节与横向拉杆铰链联接点 定位万向节（车体上）Z方向点 转向节中心点 轮中心点 定义轮几何实体辅助点 定义轮几何实体辅助点 测试台与转向节铰链联接点
15
knuckle_center, lca_knuckle
15
knuckle_center, tierod_knuckle
15
knuckle_center, uca_knuckle
15
70
300
70 长度
顶端半径
300 底端半径
-30
270
300
-30
270
300
模型示意图
约束的创建
进入“Command Navigator”对话框，展开 “constraint”、“joint”， 双击“spherical”。 在弹出对话框的I、J part Name编辑框中分别输入 uca和knuckle，在 “location”编辑框中选择 点uca_knuckle。点击 “ok”完成创建。
模型部件列表
部件
LCA
Cylinder1
Cylinder2
tierod
Cylinder1
test_plane Cylinder1
Knuckle Cylinder1
Cylinder2
Cylinder3
Cylinder4
Wheel
Cylinder1
Cylinder2
Frustum1 Frustum2
Center Marker
参数化点的创建
通过主工具箱中快捷 图标创建
通过“Tool”菜单中 的”Command Navigator…”来创建 （本例以第二种方式 创建）
菜单命令。随后出现 Command Navigator对话 框，找到其中的point,点击 前面“+”号展开，在展开 后的列表中双击create， 这时系统弹出创建点对话 框
实体名称的创建
”Command Navigator>“geometry”->“create” >“shape”，双击“cylinder”创 建几何实体，在名字框可以改 动几何实体的名称 （一定要将 几何实体创建到它属于的部 件）。
Marker的创建
“Center Marker”编辑框中， 右击鼠标选择“Marker” ，在 出现的子菜单中点击 “Create”，弹出创建Marker 的对话框,使用缺省名字。 ”Location“编辑框中，右击 鼠标，选择“Pick Location”， 然后用鼠标在图形区中选择 点“uca_knuckle”，在对话 框的下拉菜单中选择“Along Axis orientation”，选择点 “uca_f_center”，见图10-12。 （表示创建的Marker“Z”轴方 向为点“uca_knuckle”指向 点“uca_f_center”方向，这 指定了所创建圆柱体的轴线 方向）
test_plane
inplane
test_plane knuckle
test_plane
lca_r_center uca_r_center wheel_center
创建驱动
在“Command Navigator”>“constraint”->“create”、 “joint”，双击 “motion_generator”。 在“Motion name”改变motion的 名字。在函数类型下拉菜单中选择 “Function”，在编辑框中输入“100*time+100”。在接下来的两个 下拉菜单中分别选择 “displacement”和“Motion On Joint”。 在Joint Name中选择测试台上的平 移铰，在自由度类型下拉菜单中选 择“translational”。 点击“OK”。
测量函数的定义
前束角测量函数：菜单Build->Measure->Function->New，在对话 框Measure Name中输入.model_1.M_Toe_Angle。选择单位为角度。 上部对话框输入 “ATAN2(DY(.model_1.knuckle.MARKER_18,.model_1.knuckle. MARKER_11,.model_1.ground.orin),DX(.model_1.knuckle.MAR KER_18,.model_1.knuckle.MARKER_11,.model_1.ground.orin)) ”。 外倾角测量，测量名为.model_1.M_Camber_Angle函数定义 为.model_1.M_Camber_Angle “ATAN2(DZ(.model_1.knuckle.MARKER_18, .model_1.knuckle. MARKER_11, .model_1.ground.orin),DX(.model_1.knuckle.MAR KER_18,.model_1.knuckle.MARKER_11,.model_1.ground.orin))” MARKER11是定位于参数化点wheel_inner处，MARKER18定位于 参数化点wheel_center处，ground.orin为地面参考Marker。
同样根据lca_knuckle、 tie_knuckle创建设计变量DV_2、 DV_3。
设计变量的修改
在菜单Build中选择Design Variable、Modify，在对话框， Units中选择length，Value Range中选择+/- Delta Relative to Value，在－、＋ Delta编辑框 中分别输入-5.0，5.0。选择 Apply键确认，并继续修改设计 变量，所有完成后点击OK按钮确 认。 使用表格编辑器创建和修改设计 变量。选择Tools菜单的Table Editor命令，显示如图表格编辑 器可通过编辑器窗口的底部 Variable项，显示所有的变量； Filters项，显示表格编辑器显示 所有与变量变化有关的特性，包 括：Range、Allowed values和 Delta Type等。通过表格改变设 计变量的有关特性。
knuckle_center tierod_knuckle
knuckle_center uca_knuckle
wheel_center
wheel_inner
wheel_center
wheel_outer
Location
Along Axis…
wheel_outer
wheel_center
wheel_inner
实体Hale Waihona Puke Baidu数的设置
返回创建圆柱体的对话框，在 长度对话框栏右击鼠标，选择 “Parameterize”->“Expression build”,下拉菜单选择“Modeling Function”，选择“DM”，用来 计算两点之间距离。点击按钮 “Assist...”，弹出对话框，在 object1编辑框中输入第一个点 “uca_knuckle”，在object2编 辑框中输入“uca_f_center”见 图 关闭对话框后回到创建几何实 体对话框，在“Radius”编辑栏 中输入15，点击“OK”，则几 何体创建成功
参数化分析方法
设计研究 试验设计 优化设计
设计研究步骤
定义设计变量 定义测量（或目标） 设计研究 得到结果
定义设计变量
在图形区，将鼠标移至上摆臂与转向 节铰接处，单击右键，在弹出菜单中 选择Point:uca_knuckle，在其子菜 单中选择Modify。弹出参数化点表， 在表中找到点uca_knuckle，将光标 移至其z坐标处，在对话框上部的编 辑框中出现z值“686”。在该编辑框 中右击鼠标，依次选择 Parameterize、Create Design Variable、Real，则创建设计变 量，.model_1.DV_1。
参数化点的确定
能为模型对象位置和方向定位
根据点能创建模型可视化几何实体
模型的参数化表
序号
名称
1 lca_r_center 2 lca_f_center 3 lca_knuckle 4 uca_r_center 5 uca_f_center 6 uca_knuckle 7 tierod_middle 8 tierod_knuckle 9 hookref 10 knuckle_center 11 wheel_center 12 wheel_outer 13 wheel_inner 14 test_plane
坐标值（X, Y, Z）
307.0 ,1560.0, 383.0 307.0, 1285.0, 388.0 686.0, 1414.0, 364.0 384.0, 1564.0, 650.0 384.0, 1330.0, 708.0 593.0, 1448.0, 686.0 377.0, 1311.0, 471.0 703.0, 1305.0, 459.0 390.0，1311.0，471.0 686.0, 1442.0, 507.0 743.0, 1442.0, 507.0 813.0, 1442.0, 507.0 673.0, 1442.0, 507.0 743.0, 1442.0, 207.0
万向节的创建
进入“Command Navigator”对话框， 展开“constraint”、“joint”，双击 “hook”。弹出创建对话框，在下拉 菜单中选择“Position By Using Markers”，通过Marker来为铰定向。 I Marker Name编辑框中右击选择 “Marker”、“Create”，弹出创建 Marker对话框，先创建属于地面的I Marker，Z轴为水平方向.改名为 “model_1.tierod.MARKER41”，在 “Location”中选择点tierod_middle， 菜单中选择“Along Axis Orientation”，选择点hookref。点击 “OK”。 建横向拉杆上的J Marker，其Z轴为 横向拉杆的轴线方向。Marker对话框 中改名为 “.model_1.tierod.MARKER_42”， 在Location编辑框中选择点 tierod_middle，在菜单中选择 “Along Axis Orientation”，选择点 tierod_middle，点击“OK”。 回万向节创建对话框，点击“OK完成。
wheel_center
长度（L）
半径
DM(object1, object2)
15
lca_knuckle , lca_f_center
15
lca_knuckle , lca_r_center
15
tierod_knuckle ,tierod_middle
15
20
120
knuckle_center, uca_knuckle
铰类型 球铰
约束列表
I Part lca
J Part knuckle
Location
Along Axis Orientation
球铰
tierod
knuckle
旋转铰 旋转铰 平移副
lca uca test_plane
ground ground ground
lca_f_center uca_f_center
系统环境设置
工作平面设置：进入菜单 settings working grid…， 在弹出对话框中选择Gloab XZ在主工具箱，点击视图 设置
单位设置 ：菜单Settings— >Units，选择MMKS 消息窗口设置 ：菜单View －>Message Window，在 弹出对话框中点击左下角按 钮Setting，选择Error。
并重复上述步骤创建剩下 的点，或者点击Apply，直 接改动名字，输入坐标。 创建完成后，界面上会出 现图标，这表示创建出的 点
部件模型的创建
创建空部件
创建几何实体
空部件的创建（以上摆臂为例）
进入“Command Navigator” 对话框，依次展开“part”、 “create”和“rigid_body”， 选择“name_and_position”， 弹出创建刚体对话框，将部 件名字改为.model_1.uca， 其余缺省，点击“OK”
华中科技大学CAD中心
参数化的四种方法
参数化点坐标 使用设计变量 参数化运动方式 使用参数表达式
参数化建模应用实例
以双摆臂独立前悬架运动学模型为例 以参数化点坐标的方式进行参数化建模
双摆臂独立前悬架拓扑结构
主要部件：上摆臂 （UCA）、下摆臂 （LCA）、转向节 （Knuckle）、横向拉 杆（Tie Rod）、测试 台（Test Plane）、地 面（Ground）
Location
Along Axis…
lca_knuckle
lca_f_center
lca_knuckle
lca_r_center
tierod_knuckle tierod_middle
test plane
wheel_center
knuckle_center uca_knuckle
knuckle_center lca_knuckle
说
明
下摆臂后端与车体铰链联接点 下摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与下摆臂铰链联接点 上摆臂后端与车体铰链联接点 上摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与上摆臂铰链联接点 左横向拉杆与车体铰链联接点 转向节与横向拉杆铰链联接点 定位万向节（车体上）Z方向点 转向节中心点 轮中心点 定义轮几何实体辅助点 定义轮几何实体辅助点 测试台与转向节铰链联接点
15
knuckle_center, lca_knuckle
15
knuckle_center, tierod_knuckle
15
knuckle_center, uca_knuckle
15
70
300
70 长度
顶端半径
300 底端半径
-30
270
300
-30
270
300
模型示意图
约束的创建
进入“Command Navigator”对话框，展开 “constraint”、“joint”， 双击“spherical”。 在弹出对话框的I、J part Name编辑框中分别输入 uca和knuckle，在 “location”编辑框中选择 点uca_knuckle。点击 “ok”完成创建。
模型部件列表
部件
LCA
Cylinder1
Cylinder2
tierod
Cylinder1
test_plane Cylinder1
Knuckle Cylinder1
Cylinder2
Cylinder3
Cylinder4
Wheel
Cylinder1
Cylinder2
Frustum1 Frustum2
Center Marker
参数化点的创建
通过主工具箱中快捷 图标创建
通过“Tool”菜单中 的”Command Navigator…”来创建 （本例以第二种方式 创建）
菜单命令。随后出现 Command Navigator对话 框，找到其中的point,点击 前面“+”号展开，在展开 后的列表中双击create， 这时系统弹出创建点对话 框
实体名称的创建
”Command Navigator>“geometry”->“create” >“shape”，双击“cylinder”创 建几何实体，在名字框可以改 动几何实体的名称 （一定要将 几何实体创建到它属于的部 件）。
Marker的创建
“Center Marker”编辑框中， 右击鼠标选择“Marker” ，在 出现的子菜单中点击 “Create”，弹出创建Marker 的对话框,使用缺省名字。 ”Location“编辑框中，右击 鼠标，选择“Pick Location”， 然后用鼠标在图形区中选择 点“uca_knuckle”，在对话 框的下拉菜单中选择“Along Axis orientation”，选择点 “uca_f_center”，见图10-12。 （表示创建的Marker“Z”轴方 向为点“uca_knuckle”指向 点“uca_f_center”方向，这 指定了所创建圆柱体的轴线 方向）
test_plane
inplane
test_plane knuckle
test_plane
lca_r_center uca_r_center wheel_center
创建驱动
在“Command Navigator”>“constraint”->“create”、 “joint”，双击 “motion_generator”。 在“Motion name”改变motion的 名字。在函数类型下拉菜单中选择 “Function”，在编辑框中输入“100*time+100”。在接下来的两个 下拉菜单中分别选择 “displacement”和“Motion On Joint”。 在Joint Name中选择测试台上的平 移铰，在自由度类型下拉菜单中选 择“translational”。 点击“OK”。
测量函数的定义
前束角测量函数：菜单Build->Measure->Function->New，在对话 框Measure Name中输入.model_1.M_Toe_Angle。选择单位为角度。 上部对话框输入 “ATAN2(DY(.model_1.knuckle.MARKER_18,.model_1.knuckle. MARKER_11,.model_1.ground.orin),DX(.model_1.knuckle.MAR KER_18,.model_1.knuckle.MARKER_11,.model_1.ground.orin)) ”。 外倾角测量，测量名为.model_1.M_Camber_Angle函数定义 为.model_1.M_Camber_Angle “ATAN2(DZ(.model_1.knuckle.MARKER_18, .model_1.knuckle. MARKER_11, .model_1.ground.orin),DX(.model_1.knuckle.MAR KER_18,.model_1.knuckle.MARKER_11,.model_1.ground.orin))” MARKER11是定位于参数化点wheel_inner处，MARKER18定位于 参数化点wheel_center处，ground.orin为地面参考Marker。
同样根据lca_knuckle、 tie_knuckle创建设计变量DV_2、 DV_3。
设计变量的修改
在菜单Build中选择Design Variable、Modify，在对话框， Units中选择length，Value Range中选择+/- Delta Relative to Value，在－、＋ Delta编辑框 中分别输入-5.0，5.0。选择 Apply键确认，并继续修改设计 变量，所有完成后点击OK按钮确 认。 使用表格编辑器创建和修改设计 变量。选择Tools菜单的Table Editor命令，显示如图表格编辑 器可通过编辑器窗口的底部 Variable项，显示所有的变量； Filters项，显示表格编辑器显示 所有与变量变化有关的特性，包 括：Range、Allowed values和 Delta Type等。通过表格改变设 计变量的有关特性。
knuckle_center tierod_knuckle
knuckle_center uca_knuckle
wheel_center
wheel_inner
wheel_center
wheel_outer
Location
Along Axis…
wheel_outer
wheel_center
wheel_inner
实体Hale Waihona Puke Baidu数的设置
返回创建圆柱体的对话框，在 长度对话框栏右击鼠标，选择 “Parameterize”->“Expression build”,下拉菜单选择“Modeling Function”，选择“DM”，用来 计算两点之间距离。点击按钮 “Assist...”，弹出对话框，在 object1编辑框中输入第一个点 “uca_knuckle”，在object2编 辑框中输入“uca_f_center”见 图 关闭对话框后回到创建几何实 体对话框，在“Radius”编辑栏 中输入15，点击“OK”，则几 何体创建成功
参数化分析方法
设计研究 试验设计 优化设计
设计研究步骤
定义设计变量 定义测量（或目标） 设计研究 得到结果
定义设计变量
在图形区，将鼠标移至上摆臂与转向 节铰接处，单击右键，在弹出菜单中 选择Point:uca_knuckle，在其子菜 单中选择Modify。弹出参数化点表， 在表中找到点uca_knuckle，将光标 移至其z坐标处，在对话框上部的编 辑框中出现z值“686”。在该编辑框 中右击鼠标，依次选择 Parameterize、Create Design Variable、Real，则创建设计变 量，.model_1.DV_1。
参数化点的确定
能为模型对象位置和方向定位
根据点能创建模型可视化几何实体
模型的参数化表
序号
名称
1 lca_r_center 2 lca_f_center 3 lca_knuckle 4 uca_r_center 5 uca_f_center 6 uca_knuckle 7 tierod_middle 8 tierod_knuckle 9 hookref 10 knuckle_center 11 wheel_center 12 wheel_outer 13 wheel_inner 14 test_plane
坐标值（X, Y, Z）
307.0 ,1560.0, 383.0 307.0, 1285.0, 388.0 686.0, 1414.0, 364.0 384.0, 1564.0, 650.0 384.0, 1330.0, 708.0 593.0, 1448.0, 686.0 377.0, 1311.0, 471.0 703.0, 1305.0, 459.0 390.0，1311.0，471.0 686.0, 1442.0, 507.0 743.0, 1442.0, 507.0 813.0, 1442.0, 507.0 673.0, 1442.0, 507.0 743.0, 1442.0, 207.0
万向节的创建
进入“Command Navigator”对话框， 展开“constraint”、“joint”，双击 “hook”。弹出创建对话框，在下拉 菜单中选择“Position By Using Markers”，通过Marker来为铰定向。 I Marker Name编辑框中右击选择 “Marker”、“Create”，弹出创建 Marker对话框，先创建属于地面的I Marker，Z轴为水平方向.改名为 “model_1.tierod.MARKER41”，在 “Location”中选择点tierod_middle， 菜单中选择“Along Axis Orientation”，选择点hookref。点击 “OK”。 建横向拉杆上的J Marker，其Z轴为 横向拉杆的轴线方向。Marker对话框 中改名为 “.model_1.tierod.MARKER_42”， 在Location编辑框中选择点 tierod_middle，在菜单中选择 “Along Axis Orientation”，选择点 tierod_middle，点击“OK”。 回万向节创建对话框，点击“OK完成。
wheel_center
长度（L）
半径
DM(object1, object2)
15
lca_knuckle , lca_f_center
15
lca_knuckle , lca_r_center
15
tierod_knuckle ,tierod_middle
15
20
120
knuckle_center, uca_knuckle
铰类型 球铰
约束列表
I Part lca
J Part knuckle
Location
Along Axis Orientation
球铰
tierod
knuckle
旋转铰 旋转铰 平移副
lca uca test_plane
ground ground ground
lca_f_center uca_f_center
系统环境设置
工作平面设置：进入菜单 settings working grid…， 在弹出对话框中选择Gloab XZ在主工具箱，点击视图 设置
单位设置 ：菜单Settings— >Units，选择MMKS 消息窗口设置 ：菜单View －>Message Window，在 弹出对话框中点击左下角按 钮Setting，选择Error。
并重复上述步骤创建剩下 的点，或者点击Apply，直 接改动名字，输入坐标。 创建完成后，界面上会出 现图标，这表示创建出的 点
部件模型的创建
创建空部件
创建几何实体
空部件的创建（以上摆臂为例）
进入“Command Navigator” 对话框，依次展开“part”、 “create”和“rigid_body”， 选择“name_and_position”， 弹出创建刚体对话框，将部 件名字改为.model_1.uca， 其余缺省，点击“OK”