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1、机械系统的建模和结构分析,主要内容,机械系统的组成参考机架坐标系机械系统的自由度速度、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
2、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,x,z”,y”,x”,z,y,x,z,y,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，
3、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,系统的自由度 例,系统自由度 F 0,且Qj=0
4、，系统蜕化为刚体系统。系统自由度 F 0,且 Qj 0，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Qj 0，机械系统有确定运动。当F 0,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,设地面坐标系o-xyz,构件坐标系o-xyz,p点固结在构件坐标系o-xyz，它在地面坐标系o-xyz中的矢量为,机械系统动态仿真,Dynamic Simulation
5、of Mechanical System,美国MSC公司;MDI(Mechanical Dynamics Inc.),ADAMS:Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems,MSC.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 2002ADAMS实例教程 李军,邢俊文,覃
6、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：ADAMS v11 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:studentPassword:student,虚拟样机 Virtual Prototyping,真实系统的功能仿真大大减少 设计-样机-试验-改进 循环所需时间 提高产品质量降低成本,“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,Commercial Airplane Gro
7、up,Getting There Faster,数字汽车,Full Vehicle,底盘,引擎,传动,车身,Suspension,Steering,Brakes,Tires,Valvetrain,Cranktrain,Chain/Belt,Acc.Drives,Transmission,Clutch,Differential,Axles/CV,Body-in-white,Frame,Seating,Restraints,Road,Driver,Test Rigs,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
8、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+Mechanical Simulation,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
9、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Vehicle DesignSuspension DesignADAMS/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/ProADAMS/SDK,CAD 嵌入模块,ADAMS 动态仿真模块,MSC.Software,MSC.ADAMS、MSC.Nast
10、ran、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Digital Engineering,Product Data Management System,Traditional Component-focused CAD/CAE/CAM,System-
11、focused Virtual Prototyping,Design-Development-Production,CAD,CAE,CAM,VirtualMock-up,Virtual Prototyping&Testing,Virtual Production,针对系统的解决方案System-Focused Solutions,Product Data Management System,Traditional Component-focused CAD/CAE/CAM,System-focused Virtual Prototyping,Design-Development-Product
12、ion,CAD,CAE,CAM,虚拟模型,虚拟样机 试验,虚拟生产,Product Data Management System,Traditional Component-focused CAD/CAE/CAM,CAD,CAE,CAM,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Product Life Cycle,Design,Validate,Assembly,Service,Concept,INFORMATION,RISK,Product Development Process for Manufacturers,Reduced Risk Through
13、 Better Information,With Virtual Prototyping,BuildTestValidateOptimizeAutomate,Functional Virtual Prototyping,Controls,Flexibility,Hydraulics,Test Data,3D CAD,Build System Model,优化模型,Circuit Breaker Example(courtesy of ABB),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ADAMS 11.0LicenseClien
14、t 在弹出窗口键入本机的机器名或IP地址 设定服务器：程序ADAMS 11.0LicenseServer 在弹出窗口键入服务器IP地址:202.38.87.224 或C:Program FilesADAMS 11.0network运行程序：程序ADAMS 11.0Aview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 Main toolbox标准工具箱 Standard toolbox状态栏 Status toolbar弹出菜单 Popup menu命令窗 Command window,ADAMS 菜单,File（文件）Edit（编辑）V
15、iew（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.cmd Command 文件.req Request 文件（分析输出的时间历程）.res Result 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
16、/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
17、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 force，可用常值、函数和子程序定义柔性连接：Flexible connectors，如柔性梁、弹簧、轴套（Bushings）特种力：Special forces，如重力、轮胎力接触力：Contact force,力的定义,大小和方向作用的物体和作用点位置,弹簧阻尼器,forc
18、e=-C(dr/dt)-K(r-LENGTH)+FORCE此处：r：定义的弹簧阻尼器长度，mm dr/dt：弹簧阻尼器两端相对速度，Mm/s C：粘性阻尼系数，可定义非线性特性 Ns/mm K：弹簧刚度系数，可定义非线性特性 N/mm FORCE：弹簧的预载荷(preload)，N LENGTH：预载引起的位移，mm,约束类型 Types of Constraints,理想化连接（Idealized joints）：有实际的约束对象,如铰链(hinge)、滑台(sliding dovetail)。基本连接（Joint primitives）：给零件相对运动以限制：如一运动必须和另一运动平行或垂
19、直。施加运动（Motions generators）：驱动模型。,约束类型Joints 连接 Joint Primitives 初等连接Motion Generators 运动Contacts 接触,DOF Removed by Idealized Joints,DOF Removed by Joint Primitives,DOF Removed by Motions,指定约束的物体和位置,1 location(Bodies Implicit)ADAMS自动选择此位置附近的两物体建立约束。如只有一个物体，则与ground相连。2 Bodies-1 Location 指定两个物体和约束所在位置
20、。约束固定在第一个物体上，相对第二个物体运动。2 Bodies-2 Locations-指定两个物体和约束所在位置。在零件分离时特别有用。,仿真时连约束物体自动定位连接。,2 Bodies-2 Locations,Revolute Joint 铰接副,约束2个旋转、3个移动自由度,Translational and Cylindrical Joint移动副 圆柱副,约束3个旋转、2个移动自由度 约束2个旋转、2个移动自由度,Spherical Joint 球铰,指定两个物体、一个位置，约束三个相对移动自由度。,Planar Joint 平面副,指定两个物体、一个位置，再指定平面的法线方向。,约
21、束2个旋转、1个移动自由度,Constant-velocity Joint 恒速副,约束1个旋转、3个移动自由度,Screw Joint螺旋副,1.指定两个物体、一个位置，回转轴和移动方向。2.修改螺距。3.1个自由度。（回转与移动保持一定关系）,Fixed Joint 固定副,约束3个旋转、3个移动自由度,Hooke Joint胡克铰定回转轴方向（单击）,Universal Joint 万向节定十字轴方向（双击）,齿轮副 Gear,铰链Joint 1,Joint 2必须在齿轮和支架(Carrier)间。创建铰链时(2 Loc,1 Pos),必须先选齿轮，后选支架。公共速度标记(Common
22、velocity marker)在支架上，标记的Z轴方向是齿轮间作用力的方向。,关联副（Coupler joint),用于带传动(belts pulleys)、链传动(chains&sprockets)关联副也可建立任意两运动之间的关联运动件间关系为线性或非线性（用子程序定义）传递运动、能量 transfer motion and energy.,关联副可建立任意两运动之间的关联,Couplers由下面的约束方程减少一个自由度：S1q1+S2q2=0 S1,S2 比例因子 q1-主动的运动 q2 关联的运动,几何约束 Joint Primitives,轴平行 Parallel Axes轴垂直
23、Perpendicular定向 Orientation在平面内 Inplane在线上 Inline,Parallel Axes 平行,一般用2Bodies-1 Locations两个物体的某一轴保持平行其余两坐标轴和原点不受限制,Perpendicular 垂直,一般用2Bodies-1 Locations两个物体的某一轴保持垂直其余两坐标轴和原点不受限制,Orientation 定向,一般用2Bodies-1 Locations两个物体的坐标系保持固定 的相对方位两坐标系原点的相对位置 没有限制,Inplane 点在平面内,一般用2Bodies-1 Locations第一个物体的一点保持在
24、第二个物体的一平面上,Inline 点在直线内,一般用2Bodies-1 Locations第一个物体的一点保持在 第二个物体的一直线上,施加运动 Motion Generators,位移 Translation回转 Rotation点运动（单轴）Point motion点运动（多轴）Point motion,点运动（单轴）Point motion,一次选定一点，给定方向。一个物体上可选多点施加运动，但不能在一条线上两点施加沿此方向不同的运动。因为施加一个运动相当限制了一个自由度，刚体不能变形。同样，不能在两点施加绕同一轴不同的转动。如图所示是可以的。,移动、回转,移动只能施加在移动副或圆柱副
25、上回转只能施加在铰接副或圆柱副上,点运动（多轴）Point motion,一次选定一点，弹出施加运动的对话框，可给定沿不同方向的移动和转动。同样给定的运动不能矛盾。,接触 Contact,Pin-in-Slot Contact(Point-on-Curve)Cam Contact(Curve-on-Curve),Pin-in-Slot Cams,定义点在曲线上的约束。第一件（从动件）的一点保持在第二件（凸轮）的曲线上。曲线可为平面或空间曲线，开或闭合曲线，但尽可能采用闭合曲线。减少了2个移动自由度。,Curve-on-Curve Cams,定义曲线在曲线上的约束。第一件（从动件）的曲线保持与第
26、二件（凸轮）的曲线接触，接触点可以变动，但任何时候只有一个接触点。两曲线必须在同一平面上，曲线可开可闭合，但尽可能采用闭合曲线。减少了3个自由度。,凸轮廓与凹轮廓,修改约束特性,1.用鼠标左键选约束，右键菜单选Modify2.弹出Modify Joint 画面3.修改。,力 Forces,主动力（Applied forces）-定义载荷作用点、大小、方向和其它性质。柔性连接（Flexible connectors）-抵抗运动的力，只须提供力的系数。如无质量梁（beams）、套筒（bushings）、弹簧-阻尼器（spring-dampers）和扭簧（torsion springs）。特殊力（S
27、pecial forces）-如轮胎力、重力等。接触力（Contacts）-当模型运动物体相接触时，定义其相互的作用。,定义力的大小,直接定义力、力矩的模或3个分量。当力的大小与运动量（位移、速度）有线性关系时，定义其比例系数。如弹簧刚度、粘性阻尼系数。用Function builder或子程序定义力与位置、运动更复杂的关系，甚至力与力的关系。接触力可看成只能压缩的弹簧力。,定义力的方向,固定于物体(Body moving)和固定于空间(Space fixed)的力。指定沿某标记的一座标轴方向，或多个轴方向，或指定方向。力沿两个标记的连线方向:Two bodies。Normal to grid
28、：力垂直于网格平面。Pick feature：用鼠标左键选力的方向。,修改力的特性,力的名称力的方向：on one body fixed in space,moving with body,Moving with Another Body,Between Two Bodies力的作用和反作用物体：Body决定力方向的物体：Direction body力的表达式：F(time,)力的显示：Force display On,Off,力工具箱,Single-component Force,Torque,施加在可动的物体或两个物体之间。,多轴力,多轴力修改,弹簧阻尼器,刚度、阻尼系数为线性刚度、阻尼系
29、数为非线性：用样条曲线表示,弹簧压缩时力为正弹簧拉伸时力为负,线性弹簧阻尼器之力 Linear Spring Linear Damper,Force=-k(q-q0)-c+F0q 弹簧阻尼器长度-q 对时间的导数k-弹簧刚度系数(always 0)c 粘性阻尼系数(always 0)F0 弹簧预载荷(preload)q0 预载荷时长度(Reference length,always 0)t-Time In ADAMS,用户自定义方程为:-k*(DM(I,J)-q0)-c*VR(I,J)+F0,线性弹簧力,线性阻尼力,弹簧阻尼器特性修改,刚度：给定系数、无、f(deformation)阻尼：给定
30、系数、无、f(velocity)预载：长度：缺省长度(Default length)、预载时长度(Length at preload),扭簧 Torsion Spring,第二个物体(J Marker)作用在第一个物体(I Marker)上的力矩为：torque=-CT*da/dt-KT*(a-ANGLE)+TORQUE torque:扭簧力矩，TORQUE:预载 符号按右手法则。CT:阻尼系数 a:转角 da/dt:角速度 KT:刚度系数 ANGLE:预载时的扭转角,无质量梁 Massless Beam,连接两个物体的无质量梁可施加力和力矩。假设为等截面的Timoshenko梁。,无质量梁力
31、和力矩的表达式,此为作用在第一个物体(I Marher)的力和力矩刚度、阻尼矩阵为对称阵。,力场 Field Element,定义最一般力的方法。线性力场定义如下：,非线性力场,非线性力场定义如下：,套筒力（Bush）特性Characteristics of a bushing,两个作用点(action force at I marker and reaction force at J marker)矢量：Three translational and three rotational方向基于 J marker大小：(Fx,Fy,Fz+Tx,Ty,Tz)刚度矩阵 K,阻尼矩阵 C预载荷 Pre
32、load,套筒力（Bush）特点,套筒力各分量 刚度矩阵 变形 阻尼矩阵 速度 预载各量均在J marker坐标系中观察。套筒力的刚度、阻尼矩阵是对角阵。反作用力 FJ=-Fi,TJ=Ti-X Fi,修改套筒力（Bush）特性,接触力 Contact Force,2维接触：平面几何元素的接触，如圆、平面曲线和点。3维接触：实体之间的接触，如球、圆柱、闭合的壳体（Shell）、拉伸体和回转体等。2维与3维接触：除球与平面的接触以外，其余尚不考虑。,Contact Force Algorithms,基于恢复的接触（Restitution-based contact）：根据损失系数(penalty
33、parameter)和恢复系数(coefficient of restitution)计算接触力，损失系数限于单向约束，并控制接触时的能量耗散。基于冲击函数的接触（IMPACT-Function-Based Contact）：根据ADAMS 函数库中的 IMPACT函数计算接触力。基本上是按非线性弹簧-阻尼器建模。在ADAMS 12版已取消了这部分。,接触力的标记,STEP 函数,STEP(q,q1,f1,q2,f2)where:q-Independent variable q1-Initial value for qf1-Initial value for f q2-Final value
34、for qf2-Final value for f Note:q1 q2,冲击力,IMPACT(q,q1,k,e,cmax,d)q-两个物体之间距离(用位移函数定义）-变量 q对时间的导数 q1 决定接触力起作用的触发距离，为实常数 k 刚度系数 e 刚度力指数（Stiffness force exponent）cmax 阻尼系数 d 阻尼上升距离（Damping ramp-up distance）,if q q0 FIMPACT Off if q q0 FIMPACT On,单边与双边冲击力,单边冲击力,FIMPACT=,单边冲击力,速度、加速度函数,VM(I,J)VR(I,J)VX,VY,
35、VZ(I,J,R,L)Notes:Velocity function,VR,is used to define velocity along the line of sight,which iscommonly used in spring-dampers.If the markers are separating:VR 0.If the markers are approaching:VR 0.,力 Forces,主动力（Applied forces）-定义载荷作用点、大小、方向和其它性质。柔性连接（Flexible connectors）-抵抗运动的力，只须提供力的系数。如无质量梁（bea
36、ms）、套筒（bushings）、弹簧-阻尼器（spring-dampers）和扭簧（torsion springs）。特殊力（Special forces）-如轮胎力、重力等。接触力（Contacts）-当模型运动物体相接触时，定义其相互的作用。,定义力的大小,直接定义力、力矩的模或3个分量。当力的大小与运动量（位移、速度）有线性关系时，定义其比例系数。如弹簧刚度、粘性阻尼系数。用Function builder或子程序定义力与位置、运动更复杂的关系，甚至力与力的关系。接触力可看成只能压缩的弹簧力。,定义力的方向,固定于物体(Body moving)和固定于空间(Space fixed)的力
37、。指定沿某标记的一座标轴方向，或多个轴方向，或指定方向。力沿两个标记的连线方向:Two bodies。Normal to grid：力垂直于网格平面。Pick feature：用鼠标左键选力的方向。,修改力的特性,力的名称力的方向：on one body fixed in space,moving with body,Moving with Another Body,Between Two Bodies力的作用和反作用物体：Body决定力方向的物体：Direction body力的表达式：F(time,)力的显示：Force display On,Off,力工具箱,Single-compone
38、nt Force,Torque,施加在可动的物体或两个物体之间。,多轴力,多轴力修改,弹簧阻尼器,刚度、阻尼系数为线性刚度、阻尼系数为非线性：用样条曲线表示,弹簧压缩时力为正弹簧拉伸时力为负,线性弹簧阻尼器之力 Linear Spring Linear Damper,Force=-k(q-q0)-c+F0q 弹簧阻尼器长度-q 对时间的导数k-弹簧刚度系数(always 0)c 粘性阻尼系数(always 0)F0 弹簧预载荷(preload)q0 预载荷时长度(Reference length,always 0)t-Time In ADAMS,用户自定义方程为:-k*(DM(I,J)-q0)
39、-c*VR(I,J)+F0,线性弹簧力,线性阻尼力,弹簧阻尼器特性修改,刚度：给定系数、无、f(deformation)阻尼：给定系数、无、f(velocity)预载：长度：缺省长度(Default length)、预载时长度(Length at preload),扭簧 Torsion Spring,第二个物体(J Marker)作用在第一个物体(I Marker)上的力矩为：torque=-CT*da/dt-KT*(a-ANGLE)+TORQUE torque:扭簧力矩，TORQUE:预载 符号按右手法则。CT:阻尼系数 a:转角 da/dt:角速度 KT:刚度系数 ANGLE:预载时的扭转
40、角,无质量梁 Massless Beam,连接两个物体的无质量梁可施加力和力矩。假设为等截面的Timoshenko梁。,无质量梁力和力矩的表达式,此为作用在第一个物体(I Marher)的力和力矩刚度、阻尼矩阵为对称阵。,力场 Field Element,定义最一般力的方法。线性力场定义如下：,非线性力场,非线性力场定义如下：,套筒力（Bush）特性Characteristics of a bushing,两个作用点(action force at I marker and reaction force at J marker)矢量：Three translational and three
41、rotational方向基于 J marker大小：(Fx,Fy,Fz+Tx,Ty,Tz)刚度矩阵 K,阻尼矩阵 C预载荷 Preload,套筒力（Bush）特点,套筒力各分量 刚度矩阵 变形 阻尼矩阵 速度 预载各量均在J marker坐标系中观察。套筒力的刚度、阻尼矩阵是对角阵。反作用力 FJ=-Fi,TJ=Ti-X Fi,修改套筒力（Bush）特性,接触力 Contact Force,2维接触：平面几何元素的接触，如圆、平面曲线和点。3维接触：实体之间的接触，如球、圆柱、闭合的壳体（Shell）、拉伸体和回转体等。2维与3维接触：除球与平面的接触以外，其余尚不考虑。,Contact Fo
42、rce Algorithms,基于恢复的接触（Restitution-based contact）：根据损失系数(penalty parameter)和恢复系数(coefficient of restitution)计算接触力，损失系数限于单向约束，并控制接触时的能量耗散。基于冲击函数的接触（IMPACT-Function-Based Contact）：根据ADAMS 函数库中的 IMPACT函数计算接触力。基本上是按非线性弹簧-阻尼器建模。在ADAMS 12版已取消了这部分。,接触力的标记,STEP 函数,STEP(q,q1,f1,q2,f2)where:q-Independent vari
43、able q1-Initial value for qf1-Initial value for f q2-Final value for qf2-Final value for f Note:q1 q2,冲击力,IMPACT(q,q1,k,e,cmax,d)q-两个物体之间距离(用位移函数定义）-变量 q对时间的导数 q1 决定接触力起作用的触发距离，为实常数 k 刚度系数 e 刚度力指数（Stiffness force exponent）cmax 阻尼系数 d 阻尼上升距离（Damping ramp-up distance）,if q q0 FIMPACT Off if q q0 FIMPA
44、CT On,单边与双边冲击力,单边冲击力,FIMPACT=,单边冲击力,ADAMS,样机仿真分析及调试,仿真的类型,Dynamic 动力仿真：系统在外力和激励作用下求解位移、速度、加速度和约束反力。自由度必须大于等于1。ADAMS/Solver 解一组非线性微分和代数方程。Kinematic 运动仿真：确定系统的运动范围，并不考虑力的作用。只求解一组缩减的代数方程。自由度必须等于零。Static 静力仿真：确定系统在力作用下的平衡位置。速度和加速度设为零，所以不考虑惯性力。Assemble 装配仿真：检查约束和初始条件是否合理。也称初始条件仿真。Linear 线性仿真：将非线性动力方程在某运行
45、点线性化，以确定固有频率、振型。必须要有ADAMS/Linear模块才能进行。,仿真的步骤,模型合理性检查：确定需要的仿真输出：设置仿真的类型和控制参数：仿真、调试：分析结果的管理：,模型合理性检查,ToolsModel Verify 模型自由度、冗余约束检查 ToolsModel Topology Map 零件的联接关系 状态栏Information按钮 都会弹出模型信息窗口 ToolsTable Editor 检查、修改各个对象 ToolsDatabase Navigator,Information,Table Editor,Database Navigator,仿真结果集,各种对象的基本
46、信息：如构件质心的位置、速度、加速度、角速度、角加速度，动能、动量矩等。运动副的运动、约束反力。施加的运动、力等。测量 Measure：请求 Request:,测量的类型,Object 对象：零件、力、约束的特性。Point 点：相对全局坐标系的位置，作用在该点的合力。Point-to-point 点对点：点对点的运动特性，如距离、相对速度和相对加速度。Orientation 方位：标记坐标系相对另一个标记坐标系的方位，如相继的回转、欧拉参数、方向余弦等。Included angle 角度：由空间的三点确定。Range 范围：统计其它测量的特性，如最大值、最小值、平均值等。,创建、修改测量,创
47、建、修改测量例：点-点,测量图形的处理,请求 requests,通过请求获得仿真的标准输出的信息：位移、速度、加速度、力。也可定义其它量：如压力、功、能量、动量等。要指定度量位移、速度、加速度、力的坐标系标记。创建一组函数表达式定义需要的输出。用户自定义子程序 REQSUB 可定义非标准输出。ADAMS/Solver 在仿真的每一步产生输出结果。跟测量不同，必须在仿真之前创建 requests，创建后可用于不同的仿真。,Creating a RequestBuild menu Measure REQUEST New.,Predefined Data Type and Marker Specif
48、ying Function ExpressionsSpecifying a Subroutine,定义函数表达式,在一个请求中最多可定义6个函数，F1,F5 ADAMS 保留用以存放函数值。例：f1=(blank：存放f1-f3的值)f2=“0.5*17.49*VM(mar15,mar27)*2”f3=“FX(mar18,mar19,mar1)*DX(mar18,mar19,mar1)”f4=“FX(mar18,mar19,mar1)/TIME”f5=(blank:存放f6-f8的值)f6=“AZ(mar7,mar8)”f7=“JOINT(joi26,mar7,fy,mar99)”f8=“MO
49、TION(joi26,mar7,tz,mar99)”,Measure 和 Request 的比较,Measures:Requests:测量一个分量.可测量6个分量.预先定义各种不同的类型.只有4种类型：位移、速度、加速度和力.仿真过程中和仿真后都可用.只在仿真后观察.相应于ADAMS/Solver 中 相应于REQUEST语句.VARIABLE语句、VARVAL 函数和REQUEST语句.,设置仿真的类型、方式和控制参数,类型：静力、运动、动力学、装配、线性方式：交互式(Interactive)和剧本式(Script)仿真时间和步长：利用传感器 Sensor 触发预定的事件，控制仿真过程。设置
50、仿真中初始条件、求解方法、精度、显示、调试、结果输出等条件。,仿真工具箱,返回、停止、开始仿真按钮仿真类型：动力、静力、运动仿真结束时间、仿真持续时间仿真步数平衡测试 重复仿真调试（表格、打印输出）,交互仿真,按剧本仿真,动画控制,仿真设置,Add Sensors,可用 Sensors 触发特殊事件，如：停止仿真：如当一杆件到达指定位置即停止仿真。改变控制求解的参数：如两物体碰撞之前，减少仿真的步长，求解易于收敛和取得碰撞力的值。.改变输入：例如在汽车运动仿真时改变状态，从直线运动改为转弯、掉头。改变模型拓朴结构：例如可创建一传感器监视某约束反力，当它超过给定值后即让两构件脱离。,分析结果的管
