ADAMS的全面教程

机械系统的建模和结构分析主要内容1机械系统的组成2参考机架3坐标系4机械系统的自由度5速度、加速度和角加速度机械系统的组成•机械系统是机器和机构的总称，由构件和零件组成。•机构由两个以上具有相对运动的构件组成，用于传递运动或改变运动形式。•机器是由若干机构组成的系统。•机构的构件既保持接触，又有一定的相对运动。•运动副：两构件既保持接触，又有一定的相对运动的连接。参考机架•参考机架：计算速度、加速度的参考坐标系•地面参考机架：为独立的惯性参考坐标系•构件参考机架：对每一个刚体都有一个参考机架，刚体上各点相对于该构件参考机架是静止的。坐标系•地面坐标系：固定坐标系。•构件机架坐标系：固定在构件上随构件运动，它相对地面坐标系的位置和方向确定构件的位置和方向。•标记坐标系：也称标记。固定标记：固定在构件上，用于确定构件的形状、质心、力的作用点和构件的连接位置。浮动标记：相对构件运动，有的力和运动要用它定位。坐标系xz”y”x”z’y’x’zy固定坐标系标记坐标系构件坐标系确定坐标系的位置和方向•欧拉角法：坐标系原点在基准坐标系中的坐标，•三点法：•X-Z点法：欧拉角法：•坐标系原点在基准坐标系中的坐标x0,y0,z0•坐标系相对基准坐标系的旋转轴、旋转角度和旋转顺序。•常用为3-1-3旋转法则：1、2、3代表x、y、z轴，3-1-3表示先绕基准坐标系的z轴旋转，再绕基准坐标系的x轴旋转，最后再绕基准坐标系的z轴旋转。•共有24种组合，代表不同的旋转方式。不能连续对基准坐标系的同一轴旋转。三点法：•不在同一直线上的三点A,B,C在定位坐标系的坐标值；•A,B,C，3点在基准坐标系的坐标值；X-Z点法：•定位坐标系原点O在基准坐标系中的坐标x0,y0,z0•定位坐标系x或z轴上一点A的坐标•x-z平面上另一点B的坐标,B点与O,A不共线。机械系统的自由度•自由度：机械系统中各构件相对地面构架的独立运动数。•n–活动构件数，m–运动副总数•Pi-第I个运动副的约束条件数•Qj-第I个原动机的驱动约束条件数•S-原动机总数•Rk–其它约束条件数ksjjmiiRQPnF116系统的自由度例•系统自由度F0,且Qj=0，系统蜕化为刚体系统。•系统自由度F0,且Qj0，表明原动机将不能驱动系统，或系统在薄弱环节将损坏。•当F=0,且Qj0，机械系统有确定运动。•当F0,机械系统没有确定的相对运动。系统自由度的计算•复合铰链：m个构件在一处以铰链联接•局部自由度：与构件运动无关的自由度•虚（重复）约束：–轨迹重合–转动副轴线重合–移动副导轨平行–其它重复约束(m-1)虚约束对刚体无影响，对柔性体可增加刚度，但在计算运动将删除虚约束。速度计算xz’y’xozyo’pr’rprrrAAAAAArrrrrArrzyxoArArrTppoxyz''''的方向余弦变换矩阵对设地面坐标系o-xyz,构件坐标系o’-x’y’z’,p点固结在构件坐标系o’-x’y’z’，它在地面坐标系o-xyz中的矢量为机械系统动态仿真DynamicSimulationofMechanicalSystem美国MSC公司;MDI(MechanicalDynamicsInc.)ADAMS:AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystemsMSC.ADAMS•Adams是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件•世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件•产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能，•参考资料•ADAMS—虚拟样机技术入门与提高郑建荣编著北京机械工业出版社2002•ADAMS实例教程李军,邢俊文,覃文洁等编北京北京理工大学出版社2002•虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践王国强,张进平,马若丁编西安西北工业大学出版社2002•软件：ADAMSv11帮助文档作业•上机练习1,2,3•上机大作业，参考ADAMS/View使用入门练习•–Username:student–Password:student“目标是将开发时间从60个月降为12个月，和把成本从60-70亿降为10亿美元”Boeing,CommercialAirplaneGroupGettingThereFaster数字汽车FullVehicle底盘引擎传动车身SuspensionSteeringBrakesTiresValvetrainCranktrainChain/BeltAcc.DrivesTransmissionClutchDifferentialAxles/CVBody-in-whiteFrameSeatingRestraintsRoadDriverTestRigs虚拟样机成功案例Daimler-Chrysler汽车•降低成本$8000万元•上市时间提前8个月•每辆汽车利润增加$1,500元•物理样机从50辆减少为31辆汽车机械铁路、工程机械航空、航天、国防虚拟样机技术在各主要工业部门都取得显著成就飞机着陆时的起落架变形飞机着陆时的起落架变形ADAMS/PPT(后处理)液压+机械仿真Hydraulic+MechanicalSimulation•可运行包含液压回路的整个系统仿真•静态、瞬态、动态和线性分析•调整液压元件参数使系统优化获得所有液压仿真分析结果•包括压力、流量、阀门位置、,油缸位置等。空间望远镜展开系统概念设计高性能越障机器人的性能设计•ADAMS/View,Solver求解器•ADAMS/PostProcessor后处理•ADAMS/Controls控制•ADAMS/Hydraulics液压•ADAMS/Flex柔性•ADAMS/Animation动画•ADAMS/Linear线性•ADAMS/Exchange接口•ADAMS/Insight优化•ADAMS/Car轿车–VehicleDesign–SuspensionDesign•ADAMS/Driver驾驶员•ADAMS/Engine引擎•ADAMS/Pre轿车性能•ADAMS/Tire轮胎•ADAMS/Rail机车•CAT/ADAMS•MECHANISM/Pro•ADAMS/SDKCAD嵌入模块ADAMS动态仿真模块MSC.SoftwareMSC.ADAMS、MSC.Nastran、MSC.Fatigue集成方式*由MSC.Nastran对部件进行有限元分析，生成含有模态信息的mnf文件；*将mnf文件导入MSC.ADAMS中，创建刚柔耦合模型；*由MSC.ADAMS对机构进行动力学分析；*分析得载荷和位移等边界条件可转入MSC.Nastran进行详细的应力、振动、噪音分析；*分析得到的载荷时间历程信息可通过格式文件转入MSC.Fatigue中进行疲劳分析。数字工程DigitalEngineeringProductDataManagementSystemTraditionalComponent-focusedCAD/CAE/CAMSystem-focusedVirtualPrototypingDesign-Development-ProductionCADCAECAMVirtualMock-upVirtualPrototyping&TestingVirtualProduction针对系统的解决方案System-FocusedSolutionsProductDataManagementSystemTraditionalComponent-focusedCAD/CAE/CAMSystem-focusedVirtualPrototypingDesign-Development-ProductionCADCAECAM虚拟模型虚拟样机试验虚拟生产ProductDataManagementSystemTraditionalComponent-focusedCAD/CAE/CAMCADCAECAM设计设计验证数字装配生产建模测试验证优化自动化产品生命周期ProductLifeCycleDesignValidateAssemblyService做什么样的?满足要求?能工作吗?可靠吗？能做出来吗?维护方便吗?ConceptINFORMATIONProductDevelopmentProcessforManufacturersDesignValidateAssemblyServiceConceptReducedRiskThroughBetterInformationIMPROVEMENTWithVirtualPrototyping•Build•Test•Validate•Optimize•AutomateFunctionalVirtualPrototypingControlsFlexibilityHydraulicsTestData3DCADBuildSystemModel优化模型•CircuitBreakerExample(courtesyofABB)刚体柔性体虚拟样机仿真分析步骤ADAMS运行准备•程序安装•License管理设本机为客户机：程序ADAMS11.0LicenseClient在弹出窗口键入本机的机器名或IP地址设定服务器：程序ADAMS11.0LicenseServer在弹出窗口键入服务器IP地址:202.38.87.224或C:\ProgramFiles\ADAMS11.0\network运行程序：程序ADAMS11.0Aview•出现欢迎窗口：选择工作类型、工作目录、模型名、单位制等ADAMS用户界面•菜单Menu•主工具箱Maintoolbox•标准工具箱Standardtoolbox•状态栏Statustoolbar•弹出菜单Popupmenu•命令窗CommandwindowADAMS菜单•File（文件）•Edit（编辑）•View（视窗）•Build（建模）•Simulation（仿真）•Review（观察）•Settings（设置）•Tools（工具）•Help（帮助）主要文件类型•.bin包含所有模型信息的二进制文件•.adm用ADAMS专有语言描述的模型文件•.cmdCommand文件•.reqRequest文件（分析输出的时间历程）•.resResult文件（仿真分析的信息）•.gra图形文件•*.*测试数据文件•.dxf,.dwg,.stl..stp,.igs,…其它CAD系统文件类型ADAMS/VIEW操作之一•建立新的数据库•打开已有数据库•输入其它文件（cmd,….)•设定工作目录–单次设定–永久设定ADAMS/VIEW操作之二基本设置•坐标系：Cartesian/Cylindrical/Spherical•视图方向：Front/…•重力:方向–Y大小-9806.65mm/s2•单位制：MMKS•网格：Grid范围、间距几何建模–基本几何形体•点：Point•标记：Marker•直线、多义线：•圆弧：Arc•样条曲线：Spline几何建模–简单几何形体•长方体：Box•圆柱体：Cylinder•球体：Sphere•圆锥台：Frustrum•圆环：Torus•连杆：Link•拔出：Extrusion•多边形板：Plate•回转体：Revolution几何建模–复杂几何形体•线段连接：Chain•组合形体：合并两个相交的实体Union合并两个不相交的实体Merge截交Intersect切割Cut分割split•添加特征：倒角Chamfer圆角Fillet开孔Hole凸台Boss挖空Hollow力和力矩Force&Torque•力和力矩不改变系统的自由度，但影响系统的运动•力的分类：–施加力：Applied