实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟.doc

实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟一、实验目的1掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模方法；2掌握ADAMS中施加约束和驱动的方法；3计算出弹簧阻尼机构运动时，弹簧振子的位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力的对应关系。二、实验设备和工具1ADAMS软件；2CAD/CAM机房。三、实验原理按照弹簧阻尼器机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构的实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块的几何实体模型；质量块的运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块的参数可以进行多次不同状态下的模拟。四、实验步骤 MM：187.224KgK：5.0N/mmC：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0图3-1 弹簧阻尼器机构示意图1问题描述图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M为振子，质量为187.224kg；弹簧刚度K5N/mm，阻尼器阻尼为C0.05N/mm，弹簧空载长度为400mm，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A处的支撑力。2. 启动ADAMS2.1 运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Create a new model, Model name 输入spring_mass；2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。3. 建立几何模型3.1单击F4显示坐标窗口；3.2在主工具箱中选择Box工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；3.3 在屏幕任意位置点击鼠标创建质量块；3.4 右键点击质量块，选择part_2，然后选择Rename，更名为mass；3.5 右键点击质量块，选择mass，然后选择Modify。在打开的对话框中修改Define mass by 项为User Input，在Mass栏输入187.224；3.6 选择右视图按钮查看质量块的位置，进行调整栅格位于质量块的中心。选择Edit菜单下的Move项，在对话框中选择Relocate the项为Part，右键点击右侧文本框选择Part，出现Guesses然后选择mass ,如图3-2所示。图3-2 选择移动质量块3.7 在Translate下方的数字栏中输入-100，或者输入100再单击前面的按钮，如图3-3所示；图3-3 移动对话框3.8 设置完毕后，单击Z轴方向按钮，使质量块中心位于工作栅格位置，选择正视按钮，显示栅格便于建模；4. 施加运动副为了确保质量块的运动只沿Y轴移动，添加一平动副。选择工具箱中的平动副按钮，选择质量块和大地为对象，Y轴为运动方向。如图3-4所示。图3-4 添加平动副5. 设置弹簧和阻尼器参数5.1 选择工具栏中的弹簧阻尼器按钮，设置参数：K=ON，K=5.0；C=ON，C=0.05；5.2 设置完毕，选择质量块中心点，以及点击沿Y轴向上400mm的位置，即相当于与大地建立弹簧连接，如图3-5所示；图3-5 建立弹簧阻尼器模型5.3 为了确定弹簧在空载时长度为400mm，选择菜单栏中Tools菜单中的Measure distance,在测量对话框中First Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择质量块的中心点mass.cm，在second Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择弹簧的上顶点ground.MARKER_5；5.4 设置完毕，单击OK按钮。测量信息窗口如图3-6，Y轴距离为-400mm。图3-6 测量信息窗口6. 对弹簧阻尼器机构仿真分析6.1 测量静平衡时弹簧力的大小，选择工具箱中的仿真按钮，选择工具箱下侧的计算静平衡按钮，计算成功会出现提示。6.2 计算完毕单击返回按钮，右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Characteristic选择force,在Measure Name 栏输入spring_force，单击OK按纽，建立一测量力的窗口。为了只测量力的大小，在测量窗口内单击鼠标右键并选择Measure modify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；图3-7 修改测量力函数6.3 根据弹簧力测量曲线，起始位置即静平衡时弹簧力为1836N，即质量块的重力：187.224kg*9806.65mm/s2(=1836.04N)。测量曲线如图3-8所示；6.4 继续测量弹簧的变形曲线。右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Measure name输入spring_displace, Characteristic 选择Deformation，建立空白的位移测量窗口；图3-8 弹簧力测量曲线6.5 选择工具箱中的仿真按钮，设置仿真时间End Time 为2，Steps为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；图3-9 弹簧变形曲线图3-10 测量曲线参数设置6.6 在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选择plot: scht1-Transfer to full plot，切换到ADAMS/Postprocessor窗口。6.7 单击clear plot按钮清除窗口内的曲线。在Result set选项中选择spring_force下，选择component下的Q分量。如图3-10所示；6.8 在Independent Axis项选择Data项，在弹出的选择窗口spring_displace，在component 中选择Q，选择完毕单击OK如图3-11。 图3-11 选择Independent Axis 6.9 单击Add curves按钮添加新选择的曲线，即以X轴为Spring_displace，Y轴为spring_force,如图3-12。图3-12 力与位移的关系曲线五、思考题1在ADAMS中建立的弹簧阻尼器模型图3-5和图3-1给出的弹簧阻尼器模型存在不同吗，对结果会不会产生影响？2请尝试变换弹簧、阻尼器和质量块的参数，进行模拟？3变换阻尼器的参数，进行模拟，当阻尼器的值设置大到一定程度后，弹簧阻尼器机构模拟时会产生什么情况？ 六、实验报告按照以下要求递交实验报告1建模要求把建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述