ADAMS中接触的定义及参数设置

ADAMS中接触的定义及参数设置一、接触的定义接触力类型1）二维(2D)接触：是指平面几何形体之间的相互作用(比如圆弧、曲线和点)。2）三维(3D)接触：是指实体之间的相互作用(比如球、圆柱、封闭的shell、拉伸体和旋转体)。接触力的计算方法1)基于回归的接触算法(Restitution-basecontact)。ADAMS/Solver用这种算法通过惩罚参数与回归系数计算接触力。惩罚参数施加了单面约束，回归系数决定了接触时的能量损失。2)基于碰撞函数的接触算法(IMPACT-Function-basedcontact)。ADAMS/Solver运用ADAMS函数库中IMPACT函数来计算接触力。接触碰撞模型碰撞函数的理论计算公式xCdxstepxkcontactFe),,0,0,()(contactF为接触力；△x：两碰撞物体的挤压变形；d为渗入深度；接触参数说明1）Stiffness指定材料刚度。一般来说，刚度值越大，积分求解越困难。2）ForceExponent用来计算瞬时法向力中材料刚度项贡献值的指数。通常取1.5或更大。其取值范围为ForceExponent1，对于橡胶可取2甚至3；对于金属则常用1.3～1.5。3)Damping定义接触材料的阻尼属性。取值范围为Damping0，通常取刚度值的0.1~1﹪4)PenetrationDepth定义全阻尼(fulldamping)时的穿透值。在零穿越值时，阻尼系数为零；ADAMS/Solver运用三次STEP函数求解这两点之间的阻尼系数。其取值范围为PenetrationDepth≥0；刚度：K越大，两物体渗透的量越小；指数：e越大，两物体渗透的量越大，因为渗透量是小数；阻尼：C越大，渗透量曲线越平滑，碰撞力曲线越平滑；渗透量：§，当实际渗透量大于§时，阻尼值开始完全起作用接触刚度由hertz理论计算Reference:H.M.LankaraniandP.E.Nikravesh,“ContinuousContactForce2,1,1)(34k5.1n22/1212121iEhRRRRhhiiiimpactpriortorategapgapnrestitutiooftcoefficien4)1(k3n2eeDModelsforImpactAnalysisinMultibodySystems”,NonlinearDynamics,5:193-207,1994.不同指数的影响：指数影响刚度（斜率）指数影响接触力变化的连续性：各种材料接触碰撞参数推荐值：库伦摩擦特性及参数定义仿真时发生接触穿透现象发生穿透的原因：模型结构：参与接触的零部件结构过于复杂，使得现有判断准则难以正确判断接触是否发生；仿真步长的设置：求解动力学方程组时将接触力并入广义矩阵中求解。接触发生前每次迭代都预先判断接触是否发生；一旦发生，为了更精确地计算接触力，系统动态地将迭代步长调小，并继续判断，如果步长设置不合理，将导致接触判断错；积分算法的选择，不同的积分算法有各自适用的范围，有的求解效率高，有的求解稳定性好，如果选择不当，例如一味追求求解速度，就可能产生接触穿透；读取shell文件数据出错：仿真时间较长时，会产生很多中间结果，这些结果驻留在计算机内存中，要等仿真结束而且用户给出存盘指令后才保存下来，这个过程中，如果数据量超过系统的内存容量!将会引起动态刷新不正常，使与形体关联的shell文件中的当前数据不正确，从而引起接触判断失误。解决接触穿透方法：常用方法包括简化模型，增大仿真步数，选择合适求解器等。进行接触计算时，求解器的选择：由于接触是强非线性、非连续过程（建议用SI2积分器，且缩小积分步长）积分器、积分格式与积分误差1、积分器(Integrator)。ADAMS中常用的刚性积分器有三种：GSTIFF、WSTIFF与BDF，不同的刚性积分器，计算的效率和稳定性也有所不同，它们的计算稳定性关系为BDFWSTIFFGSTIFF，而数值计算效率关系为GSTIFFWSTIFFBDF[2]。GSTIFF是最常用的积分器，也是系统默认的积分器。BDF积分器虽然计算时间最长，但它有时可求解GSTIFF求解失败的问题。2、积分格式(Formulation)。ADAMS提供了三种积分格式：I3、SI2和SI1。I3格式求解速度快，但精度太差；SI2格式可以避免Jacobian矩阵的病态，而且考虑了约束方程，虽然求解时间变长，但求解精度高；SI1求解精度比SI2还高，但它计算量太大，一般不采用。3、积分误差(Error)。积分误差决定了在求解动力学方程的过程中，某一步的预测值与校正值之间所能接受的差值。积分误差过大，计算容易进行，但最终结果会产生过大误差；积分误差过小，求解时间太长。一般来讲，积分误差设为0.001较为适宜。3.3仿真步数与其它动力学参数1、仿真步数(Steps)。适当增大仿真步数有助于提高求解稳定性，但同时会增加计算时间，所以在实际过程中需要综合考虑。2、积分步长(timestep)。ADAMS分别用参数Hmax、Hmin,Hinit规定积分的最大时间步长、最小时间步长和初始时间步长。3、最大迭代次数(Maxit)。ADAMS用参数Maxit控制牛顿迭代收敛到结果的次数。牛顿迭代中需要求解线性方程组，过大的迭代次数将导致累积误差的加人而产生错误的结果。默认值为10；4、校正器(Corrector)：ADAMS中有两种校正器Original和Modified。这两种校正器的主要区别在于对迭代收敛的判定上，其中Modified校正器对收敛的判定比较宽松。系统默认校正器是Original。5、积分多项式阶数(Kmax)：在ADAMS中，用参数Kmax控制积分多项式的最大阶数，刚性积分器中默认阶是6。当系统包含非连续量的时候，若将积分阶设为2(1、2阶向后差分多项式可在任意步长上保证计算的稳定性)可以提高计算速度，因为这样避免了频繁的变阶计算。