虚拟样机技术---实验指导书与实验报告--2014

虚拟样机技术实验报告

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一、实验目的：

深入体会虚拟样机技术的基本理论，掌握虚拟样机技术的基本概念和技术，熟悉虚拟样机软件系统ADAMS/View的基本使用方法和技巧，掌握虚拟样机的几何建模、施加约束与驱动、施加载荷、施加力与碰撞、仿真分析的基本方法。

二、实验步骤：

（一）几何建摸

本实验是一个空间曲柄滑块机构推动小球使之与球瓶发生碰撞的实验，所包含的物体包括平台、曲柄、连杆、滑块、小球和球瓶，如图1所示。

图 1 物体组成

1. 平台建摸

在实验中，用以作为机架的平台是一个立方体，其建模过程如下。

（1）工作栅格间距。为了交互式建摸自动捕捉数据更准确，将ADAMS工作栅格的x和y方向间距从默认值50mm改为10mm，如图2所示。

（2）在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮（默认值是连杆工具

）展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击立方体（Box ）建摸工具按钮，则在主工具箱的下半部分会出现是否指定立方体长宽高的三个数据编辑框，选中宽度（Depth ）选项，填入数值40.0cm ，将立方体的宽度定为40cm ，如图3所示。

（3）通过以下菜单路径打开坐标窗口：View —>Coordinates Window ，然后在主窗口栅格上的坐标（－650，0，0（mm ））附近按下鼠标右键，出现坐标输入窗口，如图4所示，在其中输入坐标（－650.0, 0.0, －200.0），点击“Apply ”按钮确定立方体左角点；继续在主窗口栅格上坐标（300，0，0（mm ））附近按下鼠标右键，输入坐标（300.0, -20.0, －200.0），点击“Apply ”按钮确定立方体右角点并建立立方体模型，如图5。在本实验中，此立方体模型作为机构支撑平台使用。

图2修改工作栅格间距

图3立方体参数

图4 立方体左角点坐标和右角点坐标

图5 平台模型

2. 小球建摸

（1） 在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击球体（Sphere ）建摸工具按钮，然后在主窗口栅格上的坐标（－70，30，0（mm ））处按下鼠标左键，拖动鼠标至坐标（－70，0，0（mm ））处松开左键，建立完成小球模型，如图6。

（2）调整小球的质量。

在ADAMS/View 中，默认情况下物体的质量是根据物体几何实体的体积计算出来的，物质密度在默认情况下采用的是钢材的密度，但有时为了仿真计算的需要，也可以人为指定物体的质量。

在本实验中人为调整小球质量到5.0Kg ，具体操作如下：首先，将鼠标移至小球位置，点击鼠标右键，在弹出的浮动菜单中选择菜单命令Part ：PART_2—>Modify ，于是弹出修改物体参数Modify Body 对话框，在Define Mass By 栏中选择“User Input ”选项，然后将Mass 栏中的数字改为5.0，点击对话框的OK 按钮，完成对小球的质量修改。

3. 滑块建摸

在本实验中，用以作为滑块是一个拉伸体，其建模过程如下。

图6 小球建摸

（1）在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击球体（Extrusion ）建摸工具按钮；注意工具箱中的“Closed ”选项被选中；在“Path ”选项中选择“About Center ”项，以确保所完成的拉伸体位置是关于工作栅格平面对称的；在“Length ”编辑框中填入(10.0cm)，用来确定拉伸体的厚度。

（2）确保完成以上设置后，在主窗体栅格上依次点击以下坐标点：

表 1滑块坐标点X 、Y 、Z 值

7所示。

4. 球瓶建摸

在本实验中，球瓶是由曲边多边形旋转而成的复杂实体，其相应的曲边多边形是由一段样条曲线（Spline ）和一段折线（Polyline ）组成的封闭多边形，其建模过程如下。

（1）首先建立样条曲线。

在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击样条曲线建摸工具按钮，工具箱中的“Closed ”选项不被选中，然后依次点取如下坐标点，点取最后一个坐标点后点击右键以结束创建样条曲线，ADAMS/View 将建立样条曲线，如图8。这时ADAMS 会弹出消息窗口给出警告，提示所创建的物体不具有质量，关闭消息窗口忽略警告。

图7 滑块建摸

表 2 样条线坐标点X 、Y 、Z 值

（2）建立折线段。

在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击折线段建摸工具按钮，工具箱中的“Closed ”选项不被选中，一定注意选中“Add to Part ”选项以确保折线段和样条曲线是属于同一个物体。完成以上设置后，将鼠标移到主窗口上，这时窗口下的提示栏会提示你选择一个“body ”，将鼠标移动到样条曲线上，点击鼠标选择与样条曲线相同的“body ”（PART_6），然后依次点取如下坐标点，点取完成最后一个坐标点后，点击右键以结束创建样条曲线，ADAMS/View 将建立折线段，如图9。这时ADAMS 也会弹出消息窗口给出警告，提示所创建的物体不具有质量，关闭消息窗口忽略警告。

表 3 折线段点X 、Y 、Z 坐标值

图8 创建样条曲线

图9 建立折线段

（3）建立旋转坐标。

球瓶是一个旋转体，必须为其创建一个旋转坐标。为此，在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开

所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击创建坐标系工具按钮，在主工具箱中选中“Add to Part”选项和“Z_Axis”，即创建坐标系时指定Z轴方向。完成以上设置之后，在主窗口中选择曲边多边形所在物体（PART_6），在坐标点（－260，250，0（mm））处创建旋转坐标，坐标Z轴方向竖直向上，如图10所示。

图10 创建旋转坐标

（4）生成旋转体。

球瓶是由曲边多边形绕以上坐标的Z轴旋转而成，具体创建过程为：首先，通过如下菜单路径Tools —>Command Navigator调出Command Navigator窗体，如图11；展开命令集geometry—>creat—>shape，双击命令revolution，打开如图12所示的创建旋转体对话框。在对话框的Reference Marker栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Marker—>Pick，在主窗口中点击旋转坐标；在Profile Curve栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Wire_Geometry—>Pick，在主窗口中点击样条曲线，继续右击鼠标，再次通过菜单命令Wire_Geometry—>Pick在主窗口中点击折线段；在Relative To栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Reference Frame—>Pick，在主窗口中点击旋转坐标。完成以上操作后，对话框中应显示图12所示的信息。点击OK按钮，ADAMS自动生成球瓶旋转体，如图13所示。