ADAMSView虚拟样机仿真分析.ppt

第5章 ADAMS/View虚拟样机仿真分析 5.1 ADAMS/View函数 5.2 设计变量的创建 5.3 虚拟样机参数化 5.4 约束函数的创建 5.5 目标函数的创建 5.6 仿真剧本创建 5.7 虚拟样机优化分析设置 5.8 求解器（Optimizer）设置 5.9 图形显示（Display）设置 5.10 文件输出（Output）设置 5.11 检查参数化分析结果 5.1 ADAMS/View函数 ADAMS/View函数包括设计过程函数（Design-time functions）和运行过程函数（Run-time functions）。 设计过程函数用于在优化设计过程中构造参数化的样机模型 ，ADAMS/View仅在样机的建模设计阶段计算设计过程函数的 值。除优化分析和设计研究分析以外，设计过程函数值在仿真 分析过程中是固定的。设计过程函数包括：数学函数、位置和 方向函数、模型函数、数组和矩阵函数、字符串函数、数据库 函数等。 运行过程函数用于定义仿真状态之间的约束关系，ADAMS 仅在仿真分析过程中更新运行过程函数值。ADAMS提供的运 行过程函数包括：位移函数、速度函数、加速度函数、接触函 数、样条函数、作用力函数、产生力函数、数学函数、数据单 元存取、用户自编子程序调用、参数和变量等。 ADAMS/View函数表达式语法 1数据类型 所有的操作数和参与表达式运算的参数都是一定类型的数据， ADAMS/View支持5种类型的数据，整数（Integer），实数（Real）， 字符串（String），数据库对象（Object），矩阵（Matrix）。 2数据格式 在ADAMS/View中有4种数据格式：常数、符号常数、函数、数 据库对象及其分量值。 （1）常数，例如:5（整数）、5.2（实数）、“x”（字符串） 、.model_1.part_2.marker_1（对象）、“x”，“y”（字符串矩阵） 、1,2，3,4，5,6（实数矩阵）等。 （2）符号常数，符号常数定义了一些常用的数值，表5-1列出了 ADAMS/View的符号常数。 3访问数据库 用户可以通过访问数据库查找需要的数据，再利用这些数据生成 新的数据。例如：根据一个构件的速度去计算另一个构件的速度； 根据两坐标系的位置，计算连接的方向。 在ADAMS程序中，用“.”来表示数据库中对象名称的路径。对象 名称的表示方式有两种：一是用对象的根路径表示，另一种是用相 对路径表示。 （3）函数，函数是由一些自变量组成的表达式，例如：SIN（） ，COS（），TAN（）等。 （4）数据库对象及其分量值 通过表达式，可存取数据库中的 数据，包括字符串、实数、整数、数据库对象、数组等。 4运算符 ADAMS/View允许用户使用运算符将进行各种基本函数组合运算 ，形成新的函数，其包括以下类型： （1）算术运算符（表5-2所示），包括分组、取负、求幂、加、 减、乘、除等。运算优先级别表示当表达式包含多个操作符时，先 执行那个操作符。 （2）关系运算符（表5-3所示），用以较两个同样类型的对象， 如果两个对象的关系与关系运算符一致，则表达式返回值为True， 否则返回False。 （3）逻辑运算符（表5-4所示），对两个逻辑值进行运算，并返 回一个逻辑值。 （4）字符串/矩阵连接运算符/，如果被连接的对象中有一个是字 符串，则另一个对象作为字符串连接。如果被连接的对象中有一个 或两个是矩阵，则连接后是一个具有相同元素的矩阵。 ADAMS/View设计过程函数 1用户自定义的解释函数 解释函数由若干插入了表达式的语句组成，可以在命令窗口中产 生。使用解释函数时，ADAMS将用户的参数代入对应的参数名称 所在的函数语句中（产生解释函数时，必须详细说明函数的语句和 参数名称）。 例如： function create function_name=MID_PT&text_of_expresslon=“LOC_ALONG_LINE（ O1，O2，DM（O1，O2）”&argument_names=“O1”，“O2”& type=location_orientation 2用户自定义的编译函数 编译函数可以用VC语言编写，然后通过编译同ADAMS/View连接 ，产生编译函数的方法如下： （1）在Path/aview/user_subs目录中复制源代码的模板文件（Path表 示ADAMS2007程序的安装目录）vc_init_usr.c。 （2）通过修改模板文件编写自定义的函数，然后进行调试。 （3）将新的函数添加到注册子程序中。 （4）用ADAMS/View对新函数和修改后的注册子程序进行连接。 （5）在表达式中使用新的函数。 3系统提供的函数 ADAMS/View提供了二百多个设计过程函数，函数构造对话框中 列出所有系统支持的函数。系统提供的设计过程函数包括：数学函 数（Math Functions）、位置和方向函数（Location/Orientation）、 模型函数（Modeling Functions）、数组和矩阵函数（Matrix/array Functions）、字符串函数（String Functions）、数据库函数（ Database Functions）、其他函数（Miscellaneous Functions）等8大类 ，附录2中列出了系统提供的常用设计过程函数。 ADAMS/View运行过程函数 1位移函数 位移函数返回两个坐标标记之间的线位移或角位移的矢量分量 值，在仿真分析过程中，可以利用位移函数获得对象的位移测量 值。位移函数用途如下： （1）绘制位移测量图。 （2）产生与位移有关的方程式。 （3）监控对象的位移，当位移达到一定值时，触发特定的事 件。 2速度函数 速度函数返回两个坐标标记之间的线速度或角速度的矢量分量 值，在仿真分析过程中，可以利用速度函数获取对象的速度测量 值。速度函数的应用场合包括： （1）绘制速度测量图。 （2）产生与速度有关的方程式。 （3）监控对象的速度，当速度达到一定值时，触发特定的事 件。 3加速度函数 加速度函数返回两个坐标标记之间的线加速度或角加速度的矢 量分量值，在仿真分析过程中，可以利用加速度函数获取对象的 加速度测量值。加速度函数的应用场合包括： （1）绘制加速度测量图。 （2）产生与加速度有关的方程式。 （3）监控对象的加速度，当加速度达到一定值时，触发特定 的事件。 4接触函数 接触函数用于定义碰撞力，在定义不同物体发生间歇的接触现 象时，接触函数非常有用。 5样条函数 样条函数是一种插值方法，通过样条函数可以获得曲线和曲面 在已知数据点之间的数值。在仿真过程中，可以通过样条函数定 义一个满足所有数据点的光滑函数。样条函数用途如下： （1）用实验数据来定义运动。 （2）用实验数据来定义力。 （3）绘制通过数据点的光滑曲线。 6对象函数 对象函数中使用的力函数用于返回由模拟单元产生的瞬时力， 包括由于约束和运动产生的力、诸如弹簧阻尼和轴衬等连接产生 的力、作用力等。对象函数用途如下： （1）绘制力的测量图。 （2）产生与力有关的方程式。 （3）监控对象的力，当力达到一定值时，触发特定的事件。 7合力函数 合力函数返回两个标记之间的作用力和反作用力的总合力，或 者是仅作用在一个标记上的作用力的合力。 8数学函数 数学函数可以应用于数值和矩阵运算，如果输入的是数值，则 返回数值。输入的是矩阵，则返回矩阵。 10用户自编子程序 用户自编子程序调用功能用于同用户自编子程序交换数据，通 过同自编子程序的数据交换，可以定义参数化的子程序。 9数据单元 数据单元存取用于存取通用系统的各种状态值，例如：数值、 矩阵值、微分值和积分值等。 5.2 ADAMS/View函数创建过程 l为了能够方便构建函数，ADAMS/View提供了一个使用方便的构造函 数对话框，如图5-1所示。根据正在进行的不同操作，进入构造函数对 话框的方法也不同，ADAMS/View显示的构造函数对话框，分为表达式 和运行过程函数两种工作方式。 计算函数值 表达式输入 函数目录和列表 获得对象名称及其 相关数据 绘制函数图形 5.3 设计变量创建 选择设计变量的类型 选择设计变量 是否取任意值 设计变量的初始 值及其范围设置 显示参数 选择单位 在参数化分析过程中，使用设计变量可以使ADAMS/View自动地进 行一系列的仿真分析。设计变量创建的方式有两种：一种是使用设 计变量创建对话框，另一种是使用右键弹出菜单中的Create Design Variable命令。 5.3 虚拟样机的参数化 表达式应用 表达式是最基本的参数化方式，当表达式中的某一个变量值变 化时，ADAMS/View将自动更新表达式的值。ADAMS/View表达 式可以包括：常数、标准的数学运算符、数学函数、 ADAMS/View中预定义的特殊函数、样机模型中性能参数等。表 达式参数化方法如下： （1）直接在参数文本框中输入表达式。 （2）利用ADAMS/View函数生成器编辑表达式。 构件位置的参数化 ADAMS/View提供了两种位置参数化工具：位置函数f（x），控 制模型对象的位置；方向函数f（)，控制模型对象的方向。在主 工具箱中用鼠标右键单击位置/方向工具 ，显示位置方向设置工 具集,其中包括位置函数f（x）工具 。集和方向函数f（）工具 ， 。 1位置函数f(x) 应用位置函数f(x)工具可以完成以下任务： （1）建立某个设计点或标记点的位置约束。 （2）保持或破坏原有的对象的位置约束。 （3）强制将对象约束在某个设计点或标记点上。 （4）指定模型对象相对某个设计点或标记点的距离。 。 （a）（b） 图5-3 Maintain选项作用示意图 （a） (b) 图5-4 Collapse选项作用示意图 。 2方向函数f() 应用方向函数f()可以创建标记点、力或运动副等目标对象与 某个标记点的方向约束关系。单击f()出现三种选项：Same As ：该选项使用方法意义和位置函数f(x)一样，只是此时约束的是方 向；Along Axis：该选项仅对所约束对象的一个坐标轴产生方向约 束；In Plane：该选项可以对所约束对象的两个坐标轴产生方向约 束，使用该选项，将被约束对象的第一个坐标轴指向选择的第一标 记点，被约束对象的第二个坐标轴指向所选的第二个标记点，最后 ADAMS/View自动通过右手法则确定第三个坐标轴的方向。 设计点的参数化 。 设计点参数化是参数化方式中最简单实用的方式 。在建模时，首先根据虚拟样机几何实体建模的需 要，创建若干设计点，这些设计点可以作为创建几 何实体的基准点，然后利用这些设计点创建新构件 ，此时ADAMS/View自动为新构件创建必要的表达 式以约束构件和设计点之间的关系。在创建设计点 时，如使用Attach Near，则可以在已存在的设计点 上创建新的设计点，ADAMS/View使用 LOC_RELATIVE函数为新的设计点创建位置约束表 达式。 5.4 约束函数创建 在进行优化设计时，可以创建优化约束来限制优化目标对象的 数值范围。通常优化设计可以允许变量在无限的范围内变化，确 保获得最优化参数配置。但是这种优化往往是不现实的，因为模 型的重量、尺寸、速度和力等一般特性也是优化设计的约束条件 。优化分析中约束函数的定义类似于目标函数。在优化分析中， ADAMS/View能保证约束函数的计算值总是负的，因此不会与目 标函数混合。 选择目标函数定义类型 选项栏中选择目标函数 的计算方法 5.5目标函数的创建 在进行参数化仿真分析时需要测量ADAMS/View能够计算的虚 拟样机模型的某一特性，这在优化设计中称为目标函数，在试验 设计中称为响应特性。 选择约束函数定义类型 选项栏中选择约束函数 的计算方法 5.6仿真剧本创建 使用仿真剧本进行模型仿真分析，可以实现一些交互式仿真分 析所不能实现的操作。 选择仿真方式 播放设置 5.7虚拟样机优化分析设置 设计研究分析 Design study：设计研究。每次只分析一个设计参数变化对样 机的影响。在参数设定范围内，每次取一个不同的设计参数值自 动进行仿真分析，完成设计研究后以报表的形式列出每次分析的 数据结果。 仿真分析剧本名称 选择研究的目标 输入设计研究所使用 的设计变量名称 输入设计变量水平的数量 试验设计分析 试验设计，是指一个关于试验计划实施过程与结果分析统计方 式的集合名词。可以分析多个设计参数同时变化对样机的影响。 仿真分析剧本名称 选择研究的目标 输入变量数 选择试验设计的方法 优化设计分析 Optimization是ADAMS/View提供的一种方便快捷的仿真分析 工具。优化设计需要在满足各种设计条件和指定的变量变化范围 内，通过自动选择设计变量值，由分析程序求解目标函数的最优 值。优化设计的目标函数可以是一个数值表达式，也可以是特殊 的数学模型。 输入变量名 选择目标对象的极值选项 优化设置通过如图5-11所示的Solver Settings对话框进行设置， 在使用优化分析对话框时，单击底部Optimizer按钮，即可出现优 化设置对话框。 5.8 求解器（Optimizer）设置 在优化分析对底部单击Display 按钮，如图5-12所示： （1）Show Messages：控制是否 显示分析结果模型信息。 （2）Update Graphics:（图像更 新设置）： （3）Design Evaluation Display（ 图表设置选择区域）：可在此处设 置图表显示内容的开关状态。 5.9 图形显示（Display）设置 在优化分析对底部单击Display 按钮，如图5-13所示。输出类别 （Output Category）有7种选项， 分别是：File分析文件输出设置； Database Storage存储数据设置； Results（.res）options结果选项设 置；Results（.res）Content结果内 容设置；Output（.out）Content输 出内容设置；Message（.msg） Content信息内容设置；Durability Files耐久性文件设置。用户可选 择不同的输出类别，并在相应的 对话框中设置。 5.10 文件输出（Output）设置 参数化分析完成以后，可以利用表格或曲线图形式显示参 数化分析结果，也可将参数化分析结果保存在数据库中，以 便以后查询，还可以更新设计参数，使设计参数同某次试验 或迭代运算的工况相符合。 5.11检查参数化分析结果 保存和删除参数化分析结果 在默认条件下，ADAMS/View仅保存最后一次参数化分析的结 果。如果需要保存指定的参数化分析结果，有两种方法：一是在 设置对话框中选择自动地永久保存所有的参