1、1,ADAMS Basic Training 多体系统动力学分析软件入门 Multi-body Simulation System,2,ADAMS软件介绍,ADAMS是英文Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems的缩写，是由美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的机械系统动力学自动分析软件。在当今动力学分析软件市场上ADAMS独占鳌头，拥有70%的市场份额，ADAMS拥有windows版和unix两个版本，目前最高版本为ADAMS 2010。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
2、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。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。,1:软件简介-,3,ADAMS分析实例,1:软件简介-,4,ADAMS主模块,1:软件简介-,5,ADAMS
3、附加程序模块,1:软件简介-,6,ADAMS/View:,可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。首先建立运动部件（或者从CAD软件中导入）、用约束将它们连接、通过装配成为系统、利用外力或运动将他们驱动。ADAMS/View支持参数化建模，以便能很容易地修改模型并用于实验研究。 用户在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动。这些就像做实际的物理试验一样。,1:软件简介-,7,ADAMS/Solver :,一个自动建立并解算用于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。提供一种用于解算复杂机械系统复杂运动的数值方法。可以对以机械部件、控制系统和柔
4、性部件组成的多域问题进行分析。 支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。 使用稳定的建模方法可以对复杂的模型进行分析。,1:软件简介-,8,ADAMS/PostProcessor :,显示ADAMS仿真结果的可视化图形界面 。提供了一个统一化的界面，以不同的方式回放仿真的结果。为了能够反复使用，页面设置以及数据曲线格式都能保存起来，这样既有利于节省时间也有利于整理标准化的报告格式。可以方便地同时显示多次仿真的结果以便比较。,1:软件简介-,9,启动ADAMS/View程序,Create a new file -产生新的样机模型数据库 (重力的设置，单位系统)
5、 Open an existing database-打开已经保存的数据库 Import a file-输入ADAMS文件 Exit-退出ADAMS/View程序,2:环境介绍-,10,模型建构环境,设定坐标系统,ADAMS/View 使用 直角坐标 系 你可以设定为 圆柱坐标 或 球坐标,设定单位,欲设定单位 使用 主功能表Settings | Units,欲定义模型建构环境.,欲设定坐标系统 使用 主功能表Settings | Coordinate System,工作目录,2:环境介绍-,11,Adams/view 单位设置,ADAMS/View有6个基本的度量单位：长度、质量、力、时间、
6、角度、频率。另外程序中预设了4个度量单位系统:,2:环境介绍-,12,ADAMS/View 视窗布置,2:环境介绍-,13,ADAMS/View 主工具箱浏览,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,几何建构,量测,恢复/重做,运动,连接点,色盘,移动,动态浏览,建构力元素,前后视图,动态旋转,上下视图,左右视图,背景颜色,视窗布置,其他,2:环境介绍-,14,你可以设定工作格点的显示状态,你可以设定工作格点的位置与设定/自订工作平面,设定位置. 绝对原点 现有的坐标系统 设定坐
7、标平面. 绝对坐标轴向 Pre-defined axes, edges, or face normals Locations of existing CSs or vertices,工作栅格可以 设定工作平面以建立物件 自动捉取格点以便绘制移动,改变尺寸,改变几何外形,工作栅格,2:环境介绍-,15,坐标视窗提供：1. 坐标值 （X, Y,X）2. 长度值（dx, dy, dz）按鼠标左（中）键后，坐标视窗会自动标出相对 X, Y, Z 方向的长度。Mag是合成长度。 启动方式： the Main Toolbox tool: the menu bar: View|Coordinates Win
8、dow Hotkey: F4,坐标视窗,2:环境介绍-,16,其他重要表单(menu)_1,File | Open Database : 开启格式为*.bin File | Import ：*.cmd, *.adm, *.IGS等 CAD model, *.gra/req/res, 数据档等。 File | Export ：*.cmd, *.adm, *.IGS等 CAD model,FEA loads File | Print：打印功能，可输出 PS 格式。Edit | Appearance ： 提供物件透明度、隐藏、颜色等设定。Build | Model：可建构另一个model、删除、更名
9、、切换等。 Build | Flexible bodies：分 ADAMS/Flex, Discrete Flexible link，ADAMS/Flex提供mnf档的输入，Flexible Link提供各式断面特性之杆件。 Build | Materials：新增材质。 Build | Design Variable ：建立设计变量，供DOE, DS, OPT使用。 Build | Measure：建立各种量测关系。 Build | Function：建构各种函数关系式。 Build | Data elements：有Spline, matrix, curve, array,2:环境介绍-,
10、17,其他重要表单(menu)_2,Build | System elements ：有State Variable, Differential/Transfer/ Linear State/ General State EquationReview | Create an AVI movie file Review | Create Trace Spline：针对某一点(marker)绘制出模拟过程间的轨迹线Settings | Force Graphics：设定Force, Torque的比例及属性 Settings | Solver：设定求解过程中的细部设定，如：求解器的种类、公差、精度
11、、除错、输出等设定。 Settings | icons ：设定Icons大小、颜色、显示/隐藏等属性。 Settings | Fonts ：自行设定。,2:环境介绍-,18, ADAMS/View Database files (.bin) 包括完整的 models, 模拟结果, 图表, 等. 档案较大, 为2进位档(不可阅读) 可包含多个 model !, ADAMS/View Command files (.cmd) 仅包括 model 原件与其属性 档案较小, 为文字档(可阅读)，可跨平台 只包含一个 model !,ADAMS 档案种类,ADAMS/View 可储存的档案格式最常用的两
12、种为 :,ADAMS 可输入/出的档案格式还有 :,ADAMS/Solver 输入档 (.adm) 几何模型交换档 (STEP, IGES, DXF, DWG, Wavefront, stereolithography,Parasolid, etc) 测试档与试算表档案 模拟结果档案 (.msg, .req, .out, .gra, .res).,存档建议： cmd及bin两种格式均储存,设定工作目录,2:环境介绍-,19,状态栏快捷工具（1）,打开隐藏的主工具箱打开命令浏览器 显示所有的ADAMS/View命令，如果需要输入某个命令的参数值，可以用鼠标双击命令名称，程序将显示该命令的输入对话
13、框，在命令输入对话框中输入有关参数后，选择OK按钮，即可输入该命令。 ToolsCommand Navigator命令，可以显示命令浏览器窗口,命令窗口浏览器,2:环境介绍-,20,状态栏快捷工具（2）,打开数据库浏览器 为了方便查找和选择模型数据库中的各种对象，ADAMS/View提供了一个数据库浏览器，帮助用户观察和选择对象。ToolsDatabase Navigator命令，可以显示命令浏览器窗口,2:环境介绍-,21,数据库浏览器的顶部选项：,Display Attribute：设置对象的外形。设置的参数包括：对象及其名称是否可见、颜色和线型、对象图标的尺寸、在仿真过程中的状态等。对象
14、外形参数设置对话框如图7-4所示。 Rename：可以更改对象的名称； Comments：可以添加注释； Information：显示对象的有关信息； Topology by parts：显示用构件表示的对象约束连接关系； Associativity：显示所选对象的各种作用关系。,2:环境介绍-,22,状态栏快捷工具（3）,打开模型信息窗口：显示当前系统铰joint连接的拓扑信息,2:环境介绍-,23,状态栏快捷工具（4）,打开模型信息窗口：显示当前系统物体part连接的拓扑信息,2:环境介绍-,24,状态栏快捷工具（5）,打开模型验证信息 包括物体、约束个数，系统总的自由度，是否存在冗余约束
15、。 ToolsModel Verdify,2:环境介绍-,25,状态栏快捷工具（6）,取消操作 取消在ADAMS/View中做的任何操作，如退出对话框或绘图操作,停止动画或仿真。取消操作,在下列操作中两者选 （1）在对话框上选择“Cancel”按钮。 （2）按住“Esc”键或选择在状态条上“Stop”工具 。,2:环境介绍-,26,在 ADAMS中控制视角的方式.,在下拉式选单 选取 View 然后再选取你所需的显示控制功能,或使用快速键 1)R or r- 转动 2) S or s- 对Z轴旋转 3)Shift + R or r - 前视角 4)Shift + S or s- 彩现 切换 5
16、)T or t - 平移,选取主功能表的 箭头符号 就会出现 显示控制 的画面, 然后再选取你所需的显示控制功能,在绘图视窗点取鼠标右键 就会开启 弹出 选单然后再选取你所需的显示控制功能,控制视角,2:环境介绍-,27,ADAMS/View 可以 undo/redo 达 100 个动作!HotKeys : Ctrl + z,复原与重复动作,2:环境介绍-,28,ADAMS/View使用的命令快捷键,2:环境介绍-,29,几何模型建构,3:实体模型建构-,30,在 ADAMS 中有四种 Parts. Rigid Bodies 可移动的零件 具有质量与惯性矩 不会变形 Flexible Bodi
17、es 可移动的零件 具有质量与惯性矩 当承受作用力时会变形 Point Masses 可移动的零件 具有质量但没有惯性矩 Ground Part 在每一个 model 都必须存在 永远保持固定不动 在 model 建立时会自动建立 不会对 model 增加 DOF,Parts In ADAMS,3:实体模型建构-,执行动力分析，需给定物体的 质量特性 ，否则求解器会显示错误。,基准线,31,ADAMS的坐标系,ADAMS在坐标系的运用上总共有三种形式:a.全局坐标系也就是绝对坐标系，固定在地面（Ground Part）上，是ADAMS中所有零件的位置、方向、速度的度量基准坐标系。b.零件的局部
18、坐标系也称零件坐标系。在建立零件的同时产生，随零件一起运动，它在全局坐标系中的位置和方向决定了零件在全局坐标系中的位置和方向。c.标记可以把标记分为固定标记和浮动标记两类。固定标记相对零件静止，用于定义零件的形状、质心位置、作用与约束的位置与方向等。浮动标记相对零件运动，某些情况下要借助浮动坐标系来定义作用与约束。,3:实体模型建构-,32,定义地面坐标系（总体基）,默认：以Euler角系统定义物件的旋转方式，同时区分为Body-fixed, Space-fixed ADAMS/View内定值为Body3,1,31 - X axis 2 - Y axis 3 - Z axis,课本描述：Bod
19、y-fixed1,2,3,3:实体模型建构-,33,几何模型建构工具,欲建立 rigid body 使用 主工具箱使用 几何模型指令表使用Parasolid 核心具有布林运算、特征建构、及编修能力 如： 挤出、倒（圆）角、薄壳化等对于以建构好的模型，可以IGES、Parasoild、STEP及STL等输入。新增一个模型时，有三种设定：New Part , Add to Part, On the Ground,3:实体模型建构-,34,Type,Tool,Graphic,Parameters Specified,Points,Marker,Polyline,Arcs,Splines,Attach
20、 Near/Dont Attach Location, Parent Part,Orientation, Location, Parent Part,One Line/Multiple Lines, Open/Closed, Length, Vertex Points Angle, Parent Part,Open/Closed, Knot Points, Anchor CSM, Parent Part,Radius, Start and End Angle, Anchor CSM, Parent Part,几何建构的基础元素,3:实体模型建构-,35,Maker vs. Point,Mark
21、er 具有独立方向性 随物件加入而产生 格式: Part_1.Mar_1 个别x,y,z坐标值 Part_1.Mar_1.location1X valuePoint 不具有独立方向性 (依据物件的CM之投影) 不随物件加入而产生 格式: Part_1.Point_1 通常用来作为几何参数化的控制点或 预先定义于空间中的定位点 利用Table Builder来产生变量(Variables),3:实体模型建构-,36,实体几何,3:实体模型建构-,37,Type,Tool,Graphic,Parameters,Links,Plates,Extrusions,Revolutions,Width, D
22、epth,2 Anchor CSM (Length), Parent Part,Thickness, Radius, Vertex Locations, Anchor CSM, Parent Part,Open/Closed Profile, Depth, Anchor CSM, Parent Part,Open/Closed Profile, Sweep Angle, Anchor CSM, Parent Part,实体几何（续）,3:实体模型建构-,38,修改几何外型的方式如下： 控制点（Hotpoints ）以鼠标拖曳控制点，同时也立刻显示修正结果。 使用对话框适合几何需要精确尺寸,控制
23、点（Hotpoints ）,显示控制点以鼠标直接点选欲修改之几何，该几何会以高亮度之型态显示控制点。,如何修改外型鼠标点选控制点后，按住鼠标左键直到修改的位置。,修改几何外型,3:实体模型建构-,39,使用对话框,提供完整的几何信息 在物件上按鼠标右键后，会弹出一个表单,修改几何资料 在表单上选择Modify , Geometry Modify 对话框便会开启,修改几何外型（续）,3:实体模型建构-,40,添加几何体细节特征,倒方角（Chamfer） 提供不等半径设定,倒圆角（Fillet） 提供不等半径设定,挖洞( Hole ) 提供深度设定,凸状（Boss） 提供高度设定,薄壳（Shell
24、） 提供内（外）薄壳化,3:实体模型建构-,41,复杂形体建模,可以将若干个基本形体通过布尔操作，组合成形状复杂的几何形体，ADAMS/View提供的几种组合功能如表:,3:实体模型建构-,42,辅助工具：对位、插入及旋转工具,物件对 x,y,z 轴旋转、平移,平面对位,旋转对位,平移对位,直角坐标系统参数化,极坐标系统参数化,3:实体模型建构-,43,运动副（铰）的分类,4:添加约束-,有 6 大类的铰.,低副,基本副,驱动,高副,复合副.,44,常用运动副,4:添加约束-,45,常用运动副,4:添加约束-,46,Add-on (Complex) idealized joints are a
25、dd on constraints that connect parts directly and indirectly. These include. Screw Joints 螺杆副 Couplers 耦合副 Gears 齿轮副, Screw Joints, Screw Joints couple the translational and rotational movement of one part with respect to another, Thus, screw joints remove 1 DOF, Modeling of screw joints requires th
26、e following. 2 parts 1 scalar pitch factor 1 axis,复合副 - 螺杆副（Screw）,4:添加约束-,47, Couplers, Couplers connect multiple parts indirectly by coupling 2 or 3 joints, Thus, couplers remove 1 DOF, based on the following equation., Modeling of couplers requires the following: 2 or 3 joints 2 or 3 scalar multi
27、pliers,Constraint Equation: S1q1 + S2q2 + S3q3 = 0,Where. S1, S2, S2 - scalar multipliersq1, q2, q3 - allowable DOF in joint, In ADAMS/View 9.0 S1= -1,复合副- 耦合副（Couplers）,4:添加约束-,48, Gears constrain 2 parts indirectly by coupling 2 joints together, Thus, gears remove 1 DOF, based on the following equ
28、ation., Modeling of gears requires the following: 2 joints 1 point (at interface between geared parts) 1 axis (in direction of common motion at interface point),复合副 - 齿轮副（Gears）,4:添加约束-,49,运动副施加的方法,1）在连接工具集或者在连接对话框，选择连接工具图标。2）在设置栏选择连接构件的方法，有以下3种： 1个位置（1 location)：选择一个连接的位置 ，由ADANMS/View确定连接的构件。 2个构件
29、1个位置（2 Bodies-1 Location)：选择需连接的两个构件和一个连接位置。 2个构件2个位置(2 Bodies-1 Location)：选择需连接的两个构件，以及这两个构件的连接点。连接件固定在构件1（先选择的构件）上，构件1相对构件2而运动。,4:添加约束-,50,运动副施加的方法,3）选择连接方向，有两种方法： 栅格方向（Normal to Grid )：当显示工作栅格时，连接方向垂直于栅格平面，否则，连接方向垂直于屏幕。 选取方向（Pick Feature）：通过一个在栅格或屏幕平面内的方向矢量确定连接方向。4）根据屏幕底部状态栏的提示，以此选择相互连接的构件1、构件2、连
30、接位置和方向等。,4:添加约束-,51,高副 - Pin-In-Slot Cams,碰撞限制包含： Pin-in-slot Cams Curve-on-curve Cams, 移除两个DOF 构成元件： 两个物件 第一个物件 - 接触点 第二个物件 - 曲线 一个接触点 一条曲线 一般应用于点对边缘接触或销对槽接触的凸轮设计 （point-edged cam-follower system and pin-in-slot system), Pin-in-slot Cams,4:添加约束-,52, 物件的接触碰撞固定于曲线之间，因此，碰撞点 不会离开曲线。 移除两个DOF 构成元件 两个物件 两
31、条曲线 一般应用于凸轮对凸轮的系统,高副 - Curve-On-Curve Cams, Curve-on-curve Cams,4:添加约束-,53,指定约束,4:添加约束-,54,指定约束,4:添加约束-,55,可使用 Modify Joint 对话框 修改接点的特性,对接点设定磨擦力,设定基本特性,设定动作,设定初始状况,修改运动副,4:添加约束-,56,驱动,ADAMS/View提供了以下两种类型的驱动：铰驱动：定义旋转副、平移副和圆柱副中的移动和转动，每一个连接运动约束了一个自由度，使系统自由度减少一个。转动驱动 平移驱动点驱动： 点驱动定义两点之间的运动规律。定义点规律时，还需指明运
32、动的方向。点驱动可以应用于任何典型的运动副。通过定义点驱动以在不增加额外约束或构件的情况下，构造复杂的运动。单点驱动 一般点驱动,4:添加约束-,57,ADAMS 的驱动,ADAMS/View 提供两种驱动方式. 铰驱动. 定义铰的相对运动 删除一个 DOF 具有两种方式. 平移(Translational) 铰驱动旋转( Rotational)铰驱动 一般(Point) Marker-Based 运动. 定义两点之间的运动规律 删除 1到6 个 DOF (rot. and/or trans.) 单点驱动 一般点驱动,4:添加约束-,58,Function Builder 元件,Functio
33、n Builder 编辑器,函数分类,内建函数 或 自订函数,基本算术运算子,绘图,欲使用 Function Builder. 使用下拉式功能表Tools|Function Builder 在 Impose Joint Motion 对话框, 于“F(time) ”栏位中按下滑鼠右键, 会出现如上图的弹出式选单, 选择 Function Builder or Expression Builder,4:添加约束-,59,建立作用力,欲在 ADAMS 中建立作用力 使用主功能表中的 Force Modeling 工具 使用 Create Forces 表单欲开启此表单. 使用主功能表中的 Forc
34、e Modeling 右下角的可撕式表单 使用下拉式功能表中:Build | Forces,5:添加作用力-,60,作用力的种类,5:添加作用力-,61,定义作用力的各分量,在建立作用力时, 必须指定 Parts 作用力施加处与方向 Characteristics, 定义作用力的大小 定义每一个分量的大小时, 有三种选择. 固定力 使用者指定一实数常数值 Bushing- 或 spring damper 类使用者指定一translational and/or rotational stiffness (K) 与 damping (C) 系数 ADAMS 依据 CSMs To 与 From 的距
35、离, 运算距离与距离变更率 客户自订 使用者自己指定方程式表达式,5:添加作用力-,62,执行简单的模拟,模拟可以检验机构在给定的时间范围内如何作动, 只要设定一个机构的 系统初始设定一个机构的 负载与限制条件,执行分析,重置,回复到原本的设计状态,停止,在计算完成之前， 可以STOP停止运算， 也可以按键ESC执行。,6:运动模拟-,执行模拟,开始,动画控制,63,基本的模拟设定,Duration: 相对于模拟结束的时间量 End Time: 绝对的模拟结束时间,时间区间,模拟种类,输出,重复播放,静态平衡,计算目前状态下的 静态平衡模拟,Step Size: 每一个 step 多少时间 S
36、teps: 在时间范围内分割为 多少 steps,重复先前运算的结果， 速度较快,其他,进入模拟控制对话框,6:仿真设置-,(Quasi-)static dynamic kinematic transient,64,装配计算模拟,6:仿真设置-,65,A static simulation determines the positions of all parts within the system such that all internal and external forces are balanced (in the absence of any system motions or i
37、nertial forces)For a static simulation, all system velocities and accelerations are set to zeroA static simulation is often used immediately prior to dynamic simulation to reduce unwanted system transients at the start of the simulationDifferent equilibrium configurations, typically at fixed interva
38、ls throughout a prescribed motion for the system, can be calculated as well. This is sometimes referred to as Quasi-static simulation,静平衡计算模拟,Performs a quasi-static simulation,If checked an initial static simulation will precede the transient simulation requested,Performs ONLY an initial static sim
39、ulation, For a Quasi-static simulation an end-time and output step size must be specified,6:仿真设置-,66,Kinematic simulations calculate motion that is independent of forces applied to the system, but depends, rather, only on the constraints and prescribed motions in the systemTo perform a kinematic sim
40、ulation, ADAMS only needs to solve the algebraic (constraint) equations associated with a0 DOF system; thus kinematic simulations are fast and accurateKinematic simulations allow determination of possible ranges for displacement, velocity, and acceleration of any point in the mechanism, but only for
41、 0 DOF systemsKinematic simulations calculate reaction forces in constraints that are required to generate prescribed motions for parts. Reaction forces will depend upon the mass properties, accelerations, and applied forces of the parts in the system.,Typical applications for a kinematic simulation
42、 include: designing a mechanism for the transfer of motion through a linkage preliminary examination of a complicated model intended for subsequent dynamic simulations,运动分析模拟,6:仿真设置-,67,动力分析模拟,Dynamic simulations provide the time history solution for all of the displacements, velocities, acceleratio
43、ns, and internal reaction forces for a non-zero DOF system, that is driven by a set of external forces and excitationsTo perform a dynamic simulation, ADAMS must solve the full set of non-linear differential and algebraic equations (DAEs)Dynamic simulations are the most computationally demanding in
44、ADAMS and therefore make use of a robust suite of integrators for solution,6:仿真设置-,68,线性化分析模拟,You can ask ADAMS to linearize the system of nonlinear equations of motion about a particular operating point, thus forming a set of linear, time invariant equations From the linear set of equations, you ca
45、n ask for an eigen-simulation to obtain eigenvalues and eigenvectors for the linearized system in order to. visualize the natural frequencies and mode shapes of your system compare with test data or results data from FEA From the linear set of equations, you can also calculate state-space matrices w
46、hich are the coefficients for a representation of the mechanical system as a multiple- input, multiple-output transfer function in order to provide mechanical “plant“ to control system design software packages like MATRIXx and MATLAB,6:仿真设置-,69,系统内定（瞬时）分析模拟,Transient (Default) simulations, in contra
47、st to static simulations, proceed over a time interval and include the inertial force effects due to part velocities and accelerationsIf you request a transient simulation, ADAMS will automatically perform either a dynamic simulation (if the system DOF 0) or a kinematic simulation (if the system DOF
48、 = 0)For transient and quasi-static simulation types, you MUST specify the following: the time interval over which you want to run the simulation (specified through either an absolute end time or duration) the sampling rate (i.e., how many times you would like data output over that interval; specified through either the number of total simulation steps or the fixed step size),6:仿真设置-,70,动画控制,7:后处理-,分析程序名称,视角设定,视角固定点设定,摄影机角度设定,点轨迹追踪设定,显示 icons,影像叠加,结果存档,重复播放,71,在 ADAMS 中建立 Measures,
