第3章ADAMS软件介绍

第3章ADAMS软件介绍本章对基于虚拟样机技术的商业软件ADAMS进行扼要介绍，并分类介绍ADAMS软件的主要模块，包括基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块和工具箱。通过本章的学习可以对ADAMS软件的主要模块有个概要性的了解，便于以后对各模块具体内容的学习掌握。3.1ADAMS软件概述ADAMS软件，即机械系统动力学自动分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近8千万美元、占据了51%的份额。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和WindowsNT/2000版。本书将以Windows2000版的ADAMSl2.0为蓝本。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，如表3-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。表3-1ADAMS软件模块基本模块用户界面模块ADAMS／View求解器模块ADAMS／Solver后处理模块ADAMS／PostProcessor扩展模块液压系统模块ADAMS/Hydraulics振动分析模块ADAMS/Vibration线性化分析模块ADAMS/Linear高速动画模块ADAMS/Animation试验设计与分析模块ADAMS/Insight机械系统动力学分析及ADAMS应用耐久性分析模块ADAMS/Durability数字化装配回放模块ADAMS/DMUReplay接口模块柔性分析模块ADAMS/Flex控制模块ADAMS/Controls图形接口模块ADAMS/ExchangeCATIA专业接口模块CAT/ADAMSPro/E接口模块Mechanical/Pro专业领域模块轿车模块ADAMS/Car悬架设计软件包SuspensionDesign概念化悬架模块CSM驾驶员模块ADAMS/Driver动力传动系统模块ADAMS/Driveline轮胎模块ADAMS/Tire柔性环轮胎模块FTireModule柔性体生成器模块ADAMS/FBG经验动力学模型EDM发动机设计模块ADAMS/Engine配气机构模块ADAMS/EngineValvetrain正时链模块ADAMS/EngineChain附件驱动模块AccessoryDriveModule铁路车辆模块ADAMS/RailFORD汽车公司专用汽车模块ADAMS/Pre（现改名为Chassis）工具箱软件开发工具包ADAMS/SDK虚拟试验工具箱VirtualTestLab虚拟试验模态分析工具箱VirtualExperimentModalAnalysis钢板弹簧工具箱LeafspringToolkit飞机起落架工具箱ADAMS/LandingGear履带/轮胎式车辆工具箱Tracked/WheeledVehicle齿轮传动工具箱ADAMS/GearTool3.2ADAMS软件基本模块3.2.1用户界面模块（ADAMS/View）ADAMS/View是ADAMS系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的交互式图形环境，将图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、第3章ADAMS软件介绍优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。ADAMS/View采用简单的分层方式完成建模工作。采用Parasolid内核进行实体建模，并提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力/力矩库，并且支持布尔运算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函数。除此之外，还提供了丰富的位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、力/力矩函数、合力/力矩函数、数据元函数、若干用户子程序函数以及常量和变量等。自9.0版后，ADAMS/View采用用户熟悉的Motif界面(UNIX系统)和Windows界面(NT系统)，从而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/View中，用户利用TABLEEDITOR，可像用EXCEL一样方便地编辑模型数据，同时还提供了PLOTBROWSER和FUNCTIONBUILDER工具包。DS(设计研究)、DOE(实验设计)及OPTIMIZE(优化)功能可使用户方便地进行优化工作。ADAMS/View有自己的高级编程语言，支持命令行输λ命令和C++语言，有丰富的宏命令以及快捷方便的图标、菜单和对话框创建和修改工具包，而且具有在线帮助功能。ADAMS/View模块界面如图3-1所示。图3-1ADAMS/View模块ADAMS/View新版采用了改进的动画/曲线图窗口，能够在同一窗口内可以同步显示模型的动画和曲线图；具有丰富的二维碰撞副，用户可以对具有摩擦的二维点－曲线、圆－曲线、平面－曲线、以及曲线－曲线、实体－实体等碰撞副自动定义接触力；具有实用的Parasolid输入/输出功能，可以输入CAD中生成的Parasolid文件，也可以把单个构件、或整个模型、或在某一指定的仿真时刻的模型输出到一个Parasolid文件中；具有新型数据库图形显示功能，能够在同一图形窗口内显示模型的拓扑结构，选择某一构件或约束(运动副或力)后显示与此项相关的全部数据；具有快速绘图功能，绘图速度是原版本的20倍以上；采用合理的数据库导向器，可以在一次作业中利用一个名称过滤器修改同一名称中多个对象的属性，便于修改某一个数据库对象的名称及其说明内容；具有精确的几何定位功能，可以在创建模型的过程中输入对象的坐标、精确地控制对象的位置；多种平台上采用统一的用户界面、提供合理的软件文档；支持lntelWindowsNT平台的快速图形加速卡，确保机械系统动力学分析及ADAMS应用ADAMS/View的用户可以利用高性能OpenGL图形卡提高软件的性能；命令行可以自动记录各种操作命令，进行自动检查。3.2.2求解器模块(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器。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。ADAMS/Solver可以对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和控制系统研究，用户除要求软件输出位移、速度、加速度和力外，还可要求模块输出用户自己定义的数据。用户可以通过运动副、运动激励，高副接触、用户定义的子程序等添加不同的约束。用户同时可求解运动副之间的作用力和反作用力，或施加单点外力。ADAMS/Solver新版中对校正功能进行了改进，使得积分器能够根据模型的复杂程度自动调整参数，仿真计算速度提高了30%；采用新的S12型积分器（StabilizedIndex2intergrator），能够同时求解运动方程组的位移和速度，显著增强积分器的鲁棒性，提高复杂系统的解算速度；采用适用于柔性单元(梁、衬套、力场、弹簧-阻尼器)的新算法，可提高S12型积分器的求解精度和鲁棒性；可以将样条数据存储成独立文件使之管理更加方便，并且spline语句适用于各种样条数据文件，样条数据文件子程序还支持用户定义的数据格式；具有丰富的约束摩擦特性功能，在Translational,Revolute,Hooks,Cylindrical,Spherical,Universal等约束中可定义各种摩擦特性。3.2.3后处理模块（ADAMS/Postprocessor）MDI公司开发的后处理模块ADAMS/Postprocessor，用来处理仿真结果数据、显示仿真动画等。既可以在ADAMS/View环境中运行，也可脱离该环境独立运行。如图3-2所示。ADAMS/Postprocessor的主要特点是，采用快速高质量的动画显示，便于从可视化角度深入理解设计方案的有效性；使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速检索对象；具有丰富的数据作图、数据处理及文件输出功能；具有灵活多变的窗口风格，支持多窗口画面分割显示及多页面存储；多视窗动画与曲线结果同步显示，并可录制成电影文件；具有完备的曲线数据统计功能：如均值、均方根、极值、斜率等；具有丰富的数据处理功能，能够进行曲线的代数运算、反向、偏置、缩放、编辑和生成波特图等；为光滑消隐的柔体动画提供了更优的内存管理模式；强化了曲线编辑工具栏功能；能支持模态形状动画，模态形状动画可记录的标准图形文件格式有：*.gif，*.jpg，*.bmp，*.xpm，*.avi等；在日期、分析名称、页数等方面增加了图表动画功能；可进行几何属性的细节的动态演示。第3章ADAMS软件介绍图3-2ADAMS/Postprocessor模块ADAMS/Postprocessor的主要功能包括：ADAMS/Postprocessor为用户观察模型的运动提供了所需的环境，用户可以向前、向后播放动回，随时中断播放动画，而且可以选择员佳观察视角，从而使用户更容易地完成模型排错任务；为了验证ADAMS仿真分析结果数据的有效性．可以输入测试数据，并测试数据与仿真结果数据进行绘图比较，还可对数据结果进行数学运算、对输出进行统计分析；用户可以对多个模拟结果进行图解比较，选择合理的设计方案；可以帮助用户再现ADAMS中的仿真分析结果数据，以提高设计报告的质量；可以改变图表的形式，也可以添加标题和注释；可以载入实体动画，从而加强仿真分析结果数据的表达效果；还可以实现在播放三维动画的同时，显示曲线的数据位置，从而可以观察运动与参数变化的对应关系。3.3ADAMS软件扩展模块3.3.1液压系统模块（ADAMS/Hydraulics）应用ADAMS/Hydraulics模块，用户能够精确地对由液压元件驱动的复杂机械系统进行动力学仿真分析。这类复杂机械系统包括:工程机械、汽车制动系统、汽车转向系统、飞机起落架等。运用ADAMS/Hydraulics模块可以提高机械工程师建立包括液压回路在内的机械系统动力学模型的能力，工程师利用ADAMS/Hydraulics和ADAMS/Controls模块相结合，就可以在同一仿真环境中建造、试验和观察包括机-电-液一体化的虚拟样机。ADAMS/Hydraulics是选装模块，使用的前提条件是要具备ADAMS/SoIver和ADAMS/View模块。机械系统动力学分析及ADAMS应用ADAMS/Hydraulics可以帮助用户将系统性能仿真与液压系统设计无缝集成为一体。用户可以首先在ADAMS/View中建立液压回路框图，然后通过液压油缸将其连接到机械系统模型中，最后选取最适当的、功能最强的积分器仿真分析整个系统的性能。用户同时使用ADAMS/Hydraulics和ADAMS/Controls，可以提供阀体的反馈控制输入。并且由于液压系统与机械系统之间的相互作用在计算机内被有机地集成为一体，因此可以方便地进行系统的装配和仿真试验。用户应用ADAMS/Hydraulics模块，可以建造机械系统与