动力学-ADAMS.

上次内容回顾•等效转动惯量及其对转角导数的计算方法“0-1”法•运动微分方程的求解方法1）积分形式的运动方程（数值积分法：如梯形法、Simpson法）；2）微分形式的运动方程（常微分方程的数值解法：如标准龙格-库塔法、欧拉法、吉尔法等）。单自由度机械系统动力学分析的一般过程选取等效构件（作定轴转动或直线运动的构件）等效转动惯量/质量及等效力矩的计算列出等效力学模型的运动方程（微分或积分形式）等效转动惯量及其对转角导数的计算（“0-1”法）利用数值求解法（数值积分或常微分方程的数值解）分析软件研制，数值仿真，结果分析，工程设计本次教学内容•基于虚拟样机软件的动力学仿真简介•自由度数及广义坐标的概念•广义力的计算方法（虚位移原理）•第二类Lagrange方程•应用（双摆）一、基于虚拟样机软件的动力学仿真简介1、ADAMS软件概述ADAMS是世界上应用最广泛且最具有权威性的机械系统动力学仿真分析软件。工程师、设计人员利用ADAMS软件能够建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动学和动力学以及其它综合性能。1）利用ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型。该模型既可以是在ADAMS软件中直接建造的几何模型，也可以是从其他CAD软件中转换过来的造型逼真的几何模型。2）在几何模型上施加力/力矩和运动激励。3）执行一组与实际状况十分接近的性能仿真测试，所得的测试结果就是机械系统工作过程的实际运动情况。过去需要数星期、数月才能完成的建造和测试物理样机的工作，现在利用ADAMS软件仅需几个小时就可以完成，并能远在物理样机建造前，就可以知道各种设计方案的样机是如何工作的。2、ADAMS软件的应用①航空航天、兵器发射系统动力学研究制导系统设计和研究弹道和姿态动力学模拟零质量和微重量环境雷达/人造卫星设计轨道碎石和微陨石碰撞分析模拟飞船连接和俘获顺序②汽车工程悬架设计汽车动力学仿真发动机仿真动力传动系仿真噪音、振动和冲击特性预测操纵舒适性和乘坐舒适性控制系统设计驾驶员行为仿真轮胎道路相互作用仿真③铁路车辆及装备悬挂系统设计磨耗预测轨道载荷预测货物加固效果仿真物料运输设备设计事故再现车辆稳定性分析临界车速预测乘员舒适性研究④工业机械涡轮机和发动机设计传送带和电梯仿真卷扬机和起重机设计机器人仿真包装机械工作过程模拟压缩机设计洗次机振动模拟动力传动装置模拟⑤工程机械履带式或轮式车辆动力学分析车辆稳定性分析重型工程机械的动态性能预测工作效率领测振动载荷谱分所部件和发动机载荷预测部件和发动机尺寸确定耐久性研究挖掘功率预测3、ADAMS模块介绍ADAMS软件由若干模块组成，分为核心模块、功能扩展模块、专业模块、工具箱和接口模块5类，如下图所示。其中最主要的模块为ADAMs/VIEW—用户界面模块和ADAMS/Solver—求解器。通过这两个模块可以对大部分的机械系统进行仿真。1）用户界面模块(ADAMS/View)ADAMS/View是ADAMS系列产品的核心模块之一，其界面如下图所示，是以用户为中心的交互式图形环境。它将简单的图标、菜单、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能完美地集成在一起。2）求解器(ADAMS/Solver)ADAMS/Solver是ADAMS系列产品的核心模块之一，是ADAMS产品系列中处于心脏地位的仿真“发动机”。该软件自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问题。3）专用后处理模块(ADAMS/PostProcessor)其界面如下图所示。该模块用来输出高性能的动画，各种数据曲线，该模块还可以进行曲线编辑和数字信号处理等，使用户可以方便、快捷地观察、研究ADAMS的仿真结果。4、简单应用曲柄滑块机构的动力学仿真21221222310.2,0.5,0.2,0.05,3.,0.15.,5,10,200sin(100)sAslmlmlmemJkgmJkgmmkgmkgMt已知：初始时刻：11(0)0,(0)60/ttradsy建模关键1）关键点的确定；2）曲柄、连杆与滑块的几何建模以及物理属性的赋予；3）运动副的建模；4）载荷的建模；5）仿真策略的选择；6）动力学仿真与结果分析。以A点为原点，建立图示的坐标系，则容易得出初始时刻A、B、C及S2的坐标分别为：(0.2,0)B(0,0)A(0.69749,0.05)C2(0.398998,0.02)S1）关键点的确定A点的定义B点的定义曲柄的几何建模2）几何建模定义转动惯量选择转动惯量参考点3）运动副的建模4）载荷的建模5）仿真策略的选择仿真结束时间积分步长6）动力学仿真与结果分析二、自由度数及广义坐标的概念1、自由度及广义坐标2、平面机构中任意一点的运动学三、虚位移原理及广义力1、虚位移原理理想约束条件下，质点系平衡的充分必要条件是虚功为零。10mFkkkWFr10mFkxkkykkWFxFy注意：1）虚功原理使用的前提；2）变分的含义及运算的规则。2、虚位移原理的广义坐标形式12,,kknrrqqq任意点的位移1nkkiiirrqq其虚位移1mFkkkWFr而11mnkFkikiirWFqq得到：1mkikkirQFq11kkkinmiirFqq10niiiQq10niiiQq0iQ11(*)mmkkkikkxkykkiiirxyQFFFqqq3、广义力的计算1）由（*）计算2）由功率公式计算1niiiPQq121F2FABOXY例计算图中两个广义坐标所对应的广义力四、第二类Lagrange方程ddiiiEEQtqq注意点：必须是独立的广义坐标；iq约束力的处理保守系统的第二类方程d0diiLLtqqLEVExample：P44（双摆）Assignment查取有关资料：①虚拟样机的含义②虚拟样机软件ADAMS解决某一工程实际问题的实例。（本题选作，交电子版，Email：[e-mail])