ADAMS小球与瓶子碰撞实例

爱国敬业求实创新1ADAMS小球与瓶子碰撞实例长春工业大学张习烨下面介绍一个应用ADAMS/View对小球与瓶子碰撞进行动力学建摸和仿真的实例。在本实例中，将采用ADAMS/View的交互式建摸方式，依次进行几何建摸、添加运动副和施加受力，最后对建立好的模型进行动力学仿真，同时输出仿真动画。1.几何建模在使用某种软件，对任何一个工程问题进行分析时，首先要进行的就是建模。如下图1所示为本实例中所需要的全部模型：瓶子、小球、滑块、连杆、曲柄和平台。图11.1平台的建模在本例中，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。将ADAMS工作栅格的x和y方向间距如下图所示的大小。（2）点击立方体（Box）建摸工具按钮，选中宽度（Depth）选项，输入如图所示参数。爱国敬业求实创新2（3）通过选择点（－650.0,0.0,－200.0）与（300.0,0.0,－200.0）来确定立方体。具体方法：首先在菜单栏view中，打开坐标窗口coordinatewindow；也可按F4打开。当鼠标分别移动到（－650.0,0.0,0.0）与（300.0,0.0,0.0）时，点击右键，出现坐标输入窗口，并输入如下图所示的数据；之后点击apply。即可建立如下所示的模型：1.2小球的建模（1）点击球体（Sphere）建摸工具按钮；在主窗口栅格上的坐标（－70，30，0（mm））处单击鼠标左键；爱国敬业求实创新3拖动鼠标至坐标（－70，0，0（mm））处再次单击鼠标左键；完成建立小球模型。（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。在本例中，调整小球质量到5.0Kg：首先，将鼠标移至小球位置，点击鼠标右键，在弹出的对话框中依次选择下图中被标示的选项：于是弹出修改物体参数ModifyBody对话框，在DefineMassBy栏中选择“UserInput”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。爱国敬业求实创新41.3滑块的建模（1）点击拉伸体（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“AboutCenter”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）在主窗体栅格上依次点击以下坐标点：编号坐标10，150，0（mm）230，150，0（mm）330，30，0（mm）4150，30，0（mm）5150，0，0（mm）60，0，0（mm）当选取完最后一个点时，单击鼠标中键，完成建模。爱国敬业求实创新51.4瓶子的建模（1）首先建立样条曲线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：编号坐标1－250，250，0（mm）2－240，250，0（mm）3－230，240，0（mm）4－240，200，0（mm）5－230，100，0（mm）6－200，50，0（mm）7－230，0，0（mm）点取最后一个坐标点后，单击中键，以结束创建样条曲线。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。（2）建立折线段。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“AddtoPart”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，爱国敬业求实创新6编号坐标1－250，250，0（mm）2－260，250，0（mm）3－260，0，0（mm）4－230，0，0（mm）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。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。（3）建立旋转坐标。点击创建坐标系工具按钮，在主工具箱中选中“AddtoPart”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，爱国敬业求实创新7（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—CommandNavigator调出CommandNavigator窗体；展开命令集geometry—creat—shape，双击命令revolution。在对话框的ReferenceMarker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ProfileCurve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RelativeTo栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令ReferenceFrame—Pick，在主窗口中点击旋转坐标。完成以上操作后，点击OK按钮，ADAMS自动生成球瓶旋转体。（5）调整球瓶位置。在本例中，打算使小球和球瓶之间发生斜碰，为此将球瓶位置沿Z轴正向移动2cm。为此，在主窗口爱国敬业求实创新8空白区域点击鼠标右键，在弹出的浮动菜单上选择“RightR”将视图转换为右视图。在球瓶上点击鼠标左键选中它，然后在主工具箱中点击移动按钮，在Distance栏中填入（2cm），点击向左的移动按钮，将球瓶向左（Z轴正向）移动2cm。1.5曲柄的建模（1）调整工作栅格方位。本例的曲柄滑块机构是一个空间机构，曲柄转动平面与滑块滑动方向垂直，也与当前工作栅格平面垂直。为了交互式建摸方便，必须先改变工作栅格方位。首先SettingsWorkingGrid……打开WorkingGridSettings对话框设置上图红框内的选项为pick，然后再主窗口（300，0，200（mm））点处拾取新的坐标原点。然后再选取新坐标中X轴与Y轴的方向。爱国敬业求实创新9选取X轴的方向。选取Y轴方向。在选择轴线方向时，可能会有其他模型的干扰，而造成结果与期望的不一致。在此希望读者多尝试几次。当选定原点后也可通过干扰较少的模型来确定所期望的坐标系。但前提是：相对应的轴线在空间中平行。选择X轴选择Y轴。下图为坐标转换的结果：（2）创建曲柄。将视图转换为右视图（RightR），点击主工具箱的创建连杆工具按钮，设置曲柄厚度（depth）为20mm然后在主窗口的栅格原点单击鼠标左键，移动鼠标至坐标点（0，200，0（mm））处再次单击左键。爱国敬业求实创新101.6连杆的建模点击圆柱体建摸工具按钮，选中主工具箱中的“Radius”选项，并填入半径值（1.0cm），然后在主窗口中点取曲柄上端的坐标点，移动鼠标至滑块的角点处第二次点击鼠标，完成连杆（圆柱体）的建摸。至此，本例所包含的物体全部创建完成，每个物体各自的几何和物理信息都已经被储存到数据库中，但物体之间是彼此分离的，还必须建立相互的约束关系，才能构成一个完整的机构。2.添加运动副和受力2.1创建曲柄转动副（1）将视图还原为右视图（RightR），在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建转动副（Revelute）工具按钮。（2）点取平台为“firstbody”，点取曲柄为“secondbody”，点取曲柄的下端坐标点为铰接点，完成曲柄与平台之间的转动副的创建。2.2创建连杆球铰爱国敬业求实创新11（1）在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建球铰（Spherical）工具按钮。（2）点取曲柄为“firstbody”，点取连杆为“secondbody”，点取曲柄的上端坐标点为铰接点，完成曲柄与连杆之间的球铰的创建；再次点击创建球铰（Spherical）工具按钮，点取连杆为“firstbody”，点取滑块为“secondbody”，点取连杆的下端坐标点为铰接点，完成连杆与滑块之间的球铰的创建。2.3创建滑块移动副（1）在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建移动副（Translational）工具按钮。（2）点取滑块为“firstbody”，点取平台为“secondbody”，点取滑块底面上的靠近小球一侧的角点为铰接点，点取指向滑块底面上的背离小球一侧的角点为移动副方向，从而完成滑块与平台之间的移动副的创建。2.4创建锁止约束平台作为机架，应该相对于大地是固定的，因此应该在平台和大地之间建立锁止约束。创建过程为：在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建锁止约束（Fixed）工具按钮，点取大地为“firstbody”，点取平台为“secondbody”，点取平台的一个角点为铰接点，从而完成对平台锁止约束。爱国敬业求实创新123.添加运动和力3.1创建曲柄的摆动（1）将视图调整为右视图（RightR），在主工具箱中用鼠标右键点击创建运动约束按钮，展开所有的运动驱动（MotionDriver）图标，点击创建转动（RotationalJiontMotion）工具按钮。然后点取曲柄转动副，从而创建一个运动约束。（2）修改转动约束的运动函数在默认情况下，上面创建的转动约束中的运动函数为转角函数，其表达式为30.0d*time，在大多数情况下需要修改这个函数才能符合用户的意图。修改方法为：在转动约束上右击鼠标，通过浮动菜单命令Motion：Motion_1＝＝》Modify弹出JointMotion对话框，如图5-86所示，将Function（time）栏中的函数表达式改写为“－15.0d*sin(150*time)”，点击OK按钮就完成了修改。3.2创建碰撞力（1）定义小球和滑块等物体的碰撞。将视图还原为前视图（FrontF），在主工具箱中用鼠标右键点击创建Connector按钮，展开所有的Connector图标，点击创建碰撞力（Contect）工具按钮，弹出创建碰撞力对话框。爱国敬业求实创新13在对话框“firstsolid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid—Pick，然后在窗口中点取小球；在对话框“Secondtsolid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid—Pick，然后在窗口中点取滑块；最后点击对话框的OK按钮，这样就建立了小球与滑块之间的碰撞关系。（2）小球与平台、小球与球瓶的碰撞关系按照以上方法依次建立。（3）定义球瓶和平台的碰撞。点击创建碰撞力（Contect）工具按钮，弹出创建碰撞力对话框，在对话框的FrictionForce栏中选择Coulomb选项，对话框会打开有关意义摩擦力的参数项。在对话框“firstsolid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid—Pick，然后在窗口中点取球瓶；在对话框“Secondtsolid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid—Pick，然后在窗口中点取平台；在StaticCoefficient栏中填入静摩擦系数0.5，在DynamicCoefficient栏中填入动摩擦系数0.4；最后点击对话框的OK按钮，这样就建立了小球与滑块之间的碰撞关系。爱国敬业求实创新144.运动仿真以上过程利用ADAMS/View以交互式的方式建立了一个完整的动力学模型，下面就可以对其进行仿真计算了。点击主工具箱的按钮，在EndTime栏