ADAMS参数化建模及优化设计.pdf

第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 本章将通过一个具体的工程实例 介绍 ADAMS View 的参数化建模以及 ADAMS View 提供的 3 种类型的参数化分析方法 设计研究 Design study 试验设计 Design of Experiments DOE 和优化分析 Optimization 其中 DOE 是通过 ADAMS Insight 来完成 设 计研究和优化分析在 ADAMS View 中完成 通过本章学习 可以初步了解 ADAMS 参数化 建模和优化的功能 10 1 ADAMS 参数化建模简介参数化建模简介 ADAMS 提供了强大的参数化建模功能 在建立模型时 根据分析需要 确定相关的关 键变量 并将这些关键变量设置为可以改变的设计变量 在分析时 只需要改变这些设计变 量值的大小 虚拟样机模型自动得到更新 如果 需要仿真根据事先确定好的参数进行 可 以由程序预先设置好一系列可变的参数 ADAMS 自动进行系列仿真 以便于观察不同参数 值下样机性能的变化 进行差数参数化建模时 在确定好影响样机性能的关键输入值后 ADAMS View 提供 了 4 种参数化的方法 1 参数化点坐标 在建模过程中 点坐标用于几何形体 约束点位置和驱动的位置 点坐标参数化时 修改点坐标值时 与参数化点相关联的对象都得以自动修改 2 使用设计变量 通过使用设计变量 可以方便的修改模型中的以已被设置为设计变 量的对象 例如 我们可以将连杆的长度或弹簧的刚度设置为设计变量 当设计变量的参数 值发生改变时 与设计变量相关联的对象的属性也得到更新 3 参数化运动方式 通过参数化运动方式 可以方便的指定模型的运动方式和轨迹 4 使用参数表达式 使用参数表达式是模型参数化的最基本的一种参数化途径 当以 上三种方法不能表达对象间的复杂关系时 可以通过参数表达式来进行参数化 参数化的模型可以使用户方便的修改模型而不用考虑模型内部之间的关联变动 而且可 以达到对模型优化的目的 参数化机制是 ADAMS 中重要的机制 10 2 ADAMS 参数化分析简介参数化分析简介 参数化分析有利于了解各设计变量对样机性能的影响 在参数化分析过程中 根据参数 化建模时建立的设计变量 采用不同的参数值 进行一系列的仿真 然后根据返回的分析结 果进行参数化分析 得出一个或多个参数变化对样机性能的影响 然后再进一步对各种参数 进行优化分析 得出最优化的样机 ADAMS View 提供的 3 种类型的参数化分析方法包括 设计研究 Design study 试验设计 Design of Experiments DOE 和优化分析 Optimization 样式定义 样式定义 圆点样式 项目符号 级别 1 对齐位置 0 74 厘米 制表符后于 1 48 厘米 缩 进位置 1 48 厘米 带格式的 带格式的 左侧 3 17 厘米 右 侧 3 17 厘米 宽度 21 厘米 高度 29 7 厘米 首页采用不 同的页眉 带格式的 带格式的 居中 带格式的 带格式的 居中 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 10 2 1 设计研究设计研究 Design study 在建立好参数化模型后 当取不同的设计变量 或者当设计变量值的大小发生改变时 仿真时过程中 样机的性能将会发生变化 而样机的性能怎样变化 这是设计研究主要考虑 的内容 在设计研究过程中 设计变量按照一定的规则在一定的范围内进行取值 根据设计 变量值的不同 进行一系列仿真分析 在完成设计分析设计研究后 输出各次仿真分析的结 果 通过各次分析结果的研究 用户可以得到以下内容 1 设计变量的变化对样机性能的影响 2 设计变量的最佳取值 3 设计变量的灵敏度 即样机有关性能对设计变量值的变化的敏感程度 10 2 2 试验设计试验设计 Design of Experiments 试验设计 Design of Experiments DOE 考虑在多个设计变量同时发生变化时 各设计变 量对样机性能的影响 试验设计包括设计矩阵的建立和试验结果的统计分析等 最初 所设 计的试验设计 DOE 用在物理实验上面 但 对于虚拟试验的效果也很好 但传统上的 DOE 是费时费力的 使用 ADAMS 的 DOE 可以增加获得结果的可信度 并且在得到结果的速度上 比试错法试验或者一次测试一个因子的试验更快 而且同时更能有助于用户更好地理解和 优化机械系统地性能 对于简单的设计问题 可以将经验知识 试错法或者施加强力的方法混合使用来探究和优 化机械系统的性能 但当设计方案增加时 这些方法也就不能得出快速地 系统化公式化的 答案 一次改变一个因素 也称设计参数 Factors 不能给出因素之间相互影响的信息 而 进行多次仿真同时测试多个不同的因素会得到大量的输出数据让用户评估 为了减少耗时的 工作 ADAMS Insight 提供给你一个定制计划和分析工具来进行一系列的试验 并且 ADAMS Insight 帮助帮你确定相关的数据进行分析 并自动完成整个试验设计过程 总的说来 ADAMS 中的 DOE 是安排试验和分析试验结果的一整套步骤和统计工具 试验的目的就是测量出物理模型虚拟样机模型的性能 制造过程的产量 或者成品的质量 DOE 一般有以下五个基本步骤 1 确定试验目的 例如 想确定那个变量对系统影响最大 2 为系统选择你想考察的因素集 并设计某种方法来测量系统的响应 3 确定每个因素的值 在试验中将因素改变来考察对试验的影响 4 进行试验 并将每次运行的系统性能记录下来 5 分析在运行总的性能的改变时 确定哪些因素对系统的影响最大 对设计试验的过程的设置称为建立矩阵试验 设计矩阵 设计矩阵的列表示因素 行 表示每次运行 矩阵中每个元素表示对应因素的水平级 即可能取值因子 Levels 是离 散的值 设计矩阵给每个因素指定在每次运行时的水平级数 只有根据水平级才能确定因 素在运算时的具体值 创建设计矩阵通常有五种方法 这五种的目的和特点各有所区别 Perimeter Study 测试分析模型的健壮性 DOE Screening 2 level 确定影响系统行为的某因素和某些因素的组合 确定每个 因素对输出会产生多大的影响 DOE Response Surface RSM 对试验结果进行多项式拟合 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 字体 非加粗 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 Sweep Study 在一定范围内改变各自的输入 Monte Carlo 确定实际的变化对设计功能上的影响 创建好设计矩阵后 用户需要确定试验设计的类型 在 ADAMS Insight 中有六种内置 设计类型来创建设计矩阵 也可以导入自己创建的设计矩阵 可以自由选择设计矩阵 为系 统创建最有效率的试验 当使用内置的设计类型时 ADAMS Insight 根据选择的设计类型的说明生成相应的设计 矩阵 这六种设计类型是 Full Factorial Plackett Burman Fractional Factorial Box Behnken Central Composite Faced CCF D Optimal 1 Full Factorial 是所有设计类型中综合程度最高的 使用到了因素水平的所有可能的 组合 2 Plackett Burman 设计类型适用于在大量的因素中筛选最有影响的因素 该设计所 需要的传统设计类型运行的次数最少 但不允许用户估计这些因素之间的相互的影响 3 Fractional Fractorial 和 Plakett Burman 使用的是 Full Factorial 专门的子集 因而也被 看作减化的 Factorial 它普遍用于筛选重要变量并主要用于两水平的因素 能够估计其对系统 的影响 4 Box Behnken 设计类型使用设计空间中平面上的点 这样该设计就适用于模型类 型为二次的 RSM 试验 Box Behnken 对每个因素需要三个水平 5 CCF Center Composite Faced 设计类型使用的是每个数据轴上的点 开始点 以 及设计空间的角点 顶点 和一个以上的中心点 CCF 比 Box Behnken 相比较运行的次数更 多 CCF 适用于二次 RSM 试验的模型类型 6 D Optimal 设计类型产生的是将系数不确定性降到最低的模型 这种设计类型由根 据最小化规则从大量候选因素中随机抽取的行所组成 D Optimal 指明了在试验中运行的总 次数 将以前试验中已存在的行提供给新的试验 并对每个因素指定不同的水平 这些特性使 得 D Optimal 在很多情况 特别是在试验费用惊人的情况下 下成为最佳选择 特别是在试验 费用惊人的情况下 10 2 3 优化分析优化分析 Optimization 优化是指在系统变量满足约束条件下使目标函数取最大值或者最小值 目标函数是用数 学方程来表示模型的质量 效率 成本 稳定性等 使用精确数学模型的时候 最优的函数 值对应着最佳的设计 目标函数中的设计变量对需要解决的问题来说应该是未知量 并且设 计变量的改变将会引起目标函数的变化 在优化分析过程中 可以设定设计变量的变化范围 施加一定的限制以保证最优化设计处于合理的取值范围 另外对于优化来说 还有一个重要的概念是约束 有了约束才使目标函数的解为有限个 有了约束才能排除不满足条件的设计方案 通常 优化分析问题可以归结为 在满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内 通 过自动地选择设计变量 由分析程序求取目标函数的最大值或最小值 虽然 Insight 也有优化的功能 但两者还是有区别 并且互相补充 试验设计主要研究 哪些因素的影响比较大 并且还调查这些因素之间的关系 而优化分析着重于获得最佳目标 值 试验设计可以对多个因素进行试验分析 确定哪个因素或者哪些因素的影响较大 然后 可以利用优化分析的功能对这些影响较大的因素进行优化 这样可以达到有效提供优化分析 算法的运算速度和可靠性 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 字体 非加粗 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 10 3 参数化建模应用实例参数化建模应用实例 由于多体动力学仿真系统是复杂的系统 仿真模型中各个部件之间存在着复杂的关系 因此在仿真建模的时候需要提供一个良好的创建模型 修改模型机制 在对某个模型数据进 行改变时 与之相关联的数据也随之改动 并最终达到优化模型的目的 ADAMS 为多体动 力学仿真建模提供了这样一个机制 参数化建模机 制 它为用户设计 优化模型提供极大 的方便 在 10 1 节中 对参数化建模做了简要的介绍 本节将主要以双摆臂独立前悬架运动学 模型为例 着重介绍参数化点坐标的方式的参数化建模 10 3 1 双摆臂独立前悬架拓扑结构双摆臂独立前悬架拓扑结构 双摆臂独立前悬架系统主要部件有上摆臂 UCA Upper Control Arm 下摆臂 LCA Lower Control Arm 转向节 Knuckle 横向拉杆 Tie Rod 测试台 Test Plane 地 面 Ground 由于车身固定在地面上 因此车身和地面为一体 它们之间由铰链联接 并提 供给其一个位移驱动 使其能绕轴上下转动 其联接关系图如下 图 10 3 1 1 模型拓扑结构 10 3 2 系统环境设置系统环境设置 1 设置工作平面 这里设置 XOZ 为工作平面 设置方式如下 进入菜单 settings working grid 见图 10 3 2 在弹出对话框中选择 Gloab XZ 图 10 3 3 在主工具箱 点击视图设置 图 10 3 4 图 10 3 2 图 10 3 3 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 带格式的 带格式的 缩进 左侧 0 74 厘 米 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 居中 缩进 首行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 字体 小五 图 10 3 4 图 10 3 5 2 单位设置 点击菜单命令 Settings Units 选择 MMKS 3 消息窗口设置 点击菜单命令 View Message Window 在弹出对话框中点击左 下角按钮 Setting 弹出图 10 3 5 所示对话框 选择 Error 10 3 3 双摆臂独立前悬架参数化建模双摆臂独立前悬架参数化建模 采用参数化点的方式来建模时 参数化点主要提供多体系统模型中各个对象 部件 约 束 标架 力 力元等 的位置坐标 修改对象通过修改这些参数化点来完成 因此在参数 化点方式参数化建模时 参数化点是最基本的要素 参数化点方式建模的步骤大致为 确立 参数化点 创建参数化点 创建模型部件 创建联接关系 创建驱动 力或者力元 1 确定参数化点 对于本节双摆臂独立前悬架系统 参数化点的确立主要考虑两个方面 1 1 能为模型对象位置和方向定位 2 2 根据点能创建模型可视化几何实体 根据以上两原则 由模型的拓扑结构可得到下参数化表 表 10 1 模型的参数化表 序号 名称 坐标值 X Y Z 说 明 1 lca r center 307 0 1560 0 383 0 下摆臂后端与车体铰链联接点 2 lca f center 307 0 1285 0 388 0 下摆臂前端与车体铰链联接点 3 lca knuckle 686 0 1414 0 364 0 转向节与下摆臂铰链联接点 4 uca r center 384 0 1564 0 650 0 上摆臂后端与车体铰链联接点 5 uca f center 384 0 1330 0 708 0 上摆臂前端与车体铰链联接点 6 uca knuckle 593 0 1448 0 686 0 转向节与上摆臂铰链联接点 7 tierod middle 377 0 1311 0 471 0 左横向拉杆与车体铰链联接点 8 tierod knuckle 703 0 1305 0 459 0 转向节与横向拉杆铰链联接点 9 hookref 390 0 1311 0 471 0 定位万向节 车体上 Z 方向点 Z 方向点 10 knuckle center 686 0 1442 0 507 0 转向节中心点 11 wheel center 743 0 1442 0 507 0 轮中心点 12 wheel outer 813 0 1442 0 507 0 定义轮几何实体辅助点 13 wheel inner 673 0 1442 0 507 0 定义轮几何实体辅助点 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 14 test plane 743 0 1442 0 207 0 测试台与转向节铰链联接点 2 创建参数化点 创建参数化点在 ADAMS View 中有两种方式 一种是通过主工具箱中快捷图标创 建 另外一种方式是通过 Tool 菜单中的 Command Navigator 来创建 见图 10 3 6 通过快捷图标创建 通过菜单命令创建 图 10 3 6 创建参数化点 在本节示例中 我们采用后一种方式创建 即菜单命令 随后出现 Command Navigator 对话框 找到其中的 point 点击前面 号展开 在展开后的列表中双击 create 见 图 10 3 7 这时系统弹出创建点对话框 图 10 3 8 图 10 3 7 创建点命令 图 10 3 8 创建点对话框 图 10 3 4 8 所 示 对 话 框 中 第 一 个 编 辑 框 为 点 的 名 字 在 编 辑 框 中 输 入 为 model 1 ground lca r center Comments 表示对这个点的注释 在 Location 这一栏中根据 表中提供的数据输入点的坐标 307 0 1560 0 383 0 最后一个编辑框是选择参考标架 如 果选择有参考标架 则说明该点的坐标是在参考标架里的坐标 如果不填则视为全局标架下 的坐标 点击 Ok 并重复上述步骤创建剩下的点 或者点击 Apply 直接改动名字 输入坐标 创建完成后 界面上会出现图标 这表示创建出的点 注意 注意 如果看不到图标 可以点击主工具箱中的按钮 Icon 或者按 Ctrl v 3 创建模型部件 1 1 创建空部件 在 ADAMS 中必须先有部件才能为其创建可视化几何实体 因此我们先创建一个空部 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 6 字 符 带格式的 带格式的 字体 加粗 非倾斜 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 带格式的 带格式的 缩进 左侧 0 63 厘 米 带格式的 带格式的 项目符号和编号 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 件 即没有任何属性的部件 先创建上摆臂 进入 Command Navigator 对话框 依次展开 part create 和 rigid body 双 击 name and position 见 图 10 3 9 弹出创建刚体对话框 将部件名字 改为 model 1 uca 其余缺省 点击 OK 图 10 3 10 一个名为 uca 的部件被创建 接下 来将创建 uca 的几何实体 图 10 3 9 创建几何形体 图 10 3 10 创建几何形体对话框 2 2 创建几何实体 在 Command Navigator 对话框中展开 geometry create shape 双击 cylinder 弹出对话框 在名字框可以改动几何实体的名称 特别注意的是 一 定要将几何实体创建到它属于的部件 这里是 model 1 uca 见图 10 3 11 将光标移到 Center Marker 编辑框中 右击鼠标选择 Marker 在出现的子 菜单中点击 Create 弹出创建 Marker 的对话框 使用缺省名字 见图 10 3 11 将光标移到 Location 编辑框中 右击鼠标 选择 Pick Location 然后用鼠标 在图形区中选择点 uca knuckle 在对话框的下拉菜单中选择 Along Axis orientation 选择点 uca f center 见 图 10 3 12 表示创建的 Marker Z 轴方 向为点 uca knuckle 指向点 uca f center 方向 这指定了所创建圆柱体的轴 线方向 点击 OK 图 10 3 13 为选择好参数的对话框 注意 注意 Marker 是 ADAMS 中是重要的对象 ADAMS 中的几何实体 约束 力 力元都由 Marker 定义 我们将根据已创建成功的参数化点来创建 Marker 这样当我们修改参数化点 的时候 与之关联的 Marker 也随之改动 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 5 5 字符 带格式的 带格式的 缩进 左侧 0 63 厘 米 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 缩进 左侧 0 74 厘 米 带格式的 带格式的 字体 加粗 非倾斜 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 5 字符 带格式的 带格式的 字体 默认 Times New Roman 中文 宋体 加粗 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 国际 华文楷体 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 图 10 3 11 创建中心标架 图 10 3 12 图 10 3 13 回到创建圆柱体的对话框 在长度对话框栏右击鼠标 选择 Parameterize Expression build 在弹出对话框中的下拉菜单选择 Modeling Function 在 下 面列表中选择 DM 用来计算两点之间距离 点击按钮 Assist 弹出对话框 在 object1 编辑框中输入第一个点 uca knuckle 在 object2 编辑框中输入 uca f center 见图 10 3 14 10 3 15 图 10 3 14 求两点距离函数 图 10 3 15 输入两点 关闭对话框后回到创建几何实体对话框 在 Radius 编辑栏中输入 15 点 击 OK 则几何体创建成功 然后根据点 uca knuckle 和 uca f center 创建 uca 部件 的另外一个几何实体 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 4 5 字符 带格式的 带格式的 项目符号和编号 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 3 3 创建其他部件 通过上述方式分别为余下部件创建几何实体 表 2 模型部件列表 部件 Center Marker 长度 L 半径 Location Along Axis DM object1 object2 15 LCA Cylinder1 lca knuckle lca f center lca knuckle lca f center 15 Cylinder2 lca knuckle lca r center lca knuckle lca r center 15 tierod Cylinder1 tierod knuckle tierod middle tierod knuckle tierod middle 15 test plane Cylinder1 test plane wheel center 20 120 Knuckle Cylinder1 knuckle center uca knuckle knuckle center uca knuckle 15 Cylinder2 knuckle center lca knuckle knuckle center lca knuckle 15 Cylinder3 knuckle center tierod knuckle knuckle center tierod knuckle 15 Cylinder4 knuckle center uca knuckle knuckle center uca knuckle 15 Wheel Cylinder1 wheel center wheel inner 70 300 Cylinder2 wheel center wheel outer 70 300 Location Along Axis 长度 顶端半径 底端半径 Frustum1 wheel outer wheel center 30 270 300 Frustum2 wheel inner wheel center 30 270 300 注意 注意 1 在此模型中 我们规定轮与转向节之间没有转动 两者属于同一部件 2 在创建每个几何实体前必须先创建一个空部件 最终形成图 10 3 16 所示的仿真模型 图 10 3 16 模型生成图 4 4 创建约束 1 1 进入 Command Navigator 对话框 展开 constraint joint 双击 spherical 22 在弹出对话框的 I J part Name 编辑框中分别输入 uca 和 knuckle 在 location 编辑框中选择点 uca knuckle 见图 10 3 17 所示 点击 ok 完成创建 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 居中 缩进 首行缩进 0 厘米 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 3 字 符 带格式的 带格式的 字体 加粗 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 3 字 符 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 Times New Roman 中文 宋体 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 字体 默认 Times New Roman 中文 宋体 带格式的 带格式的 字体 默认 Times New Roman 中文 宋体 带格式的 带格式的 字体 默认 Times New Roman 中文 宋体 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 图 10 3 17 创建约束对话框 3 3 在横向拉杆 tierod 和车体 ground 之间由万向节联接 由于创建万向节比 其他约束困难 这里将其创建过程描述如下 进入 Command Navigator 对话框 展开 constraint joint 双击 hook 弹出创建对话框 图 10 3 18 在下拉菜单中选择 Position By Using Markers 通过 Marker 来为铰定向 图 10 3 18 选择 I J 标架 I Marker Name 编辑框中右击选择 Marker Create 弹出创建 Marker 对话框 这里先 创建属于地面的 I Marker 它 的 Z 轴为水 平方向 将 名字改 为 model 1 tierod MARKER41 在 Location 中选择点 tierod middle 下拉菜单 中选择 Along Axis Orientation 选择点 hookref 点击 OK 见 图 10 3 19 图 10 3 19 创建 I 标架对话框 建横向拉杆上的 J Marker 其 Z 轴为横向拉杆的轴线方向 在创建 Marker 对话框 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 项目符号和编号 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 中改名字为 model 1 tierod MARKER 42 在 Location 编辑框中选择点 tierod middle 在下拉菜单中选择 Along Axis Orientation 选择点 tierod middle 点击 OK 见 图 10 3 20 图 10 3 20 创建 J 标架对话框 铰创建对话框 点击 OK 则完成创建万向节 4 按照上述方法 创建下表中的约束 表 10 3 约束列表 铰类型 I Part J Part Location Along Axis Orientation 球铰 lca knuckle 球铰 tierod knuckle 旋转铰 lca ground lca f center lca r center 旋转铰 uca ground uca f center uca r center 平移副 test plane ground test plane wheel center inplane test plane knuckle test plane 5 创建驱动 1 进入 Command Navigator 对话框 依次展开 constraint create joint 双击 motion generator 弹出图 10 3 21 对话框 2 可 以 在 Motion name 改 变 motion 的名字 在函数类型下拉菜单中选择 Function 在编辑框中输入 100 time 100 在接下来的两个下拉菜单中分别选择 displacement 和 Motion On Joint 3 在 Joint Name 中选择测试台上的平移铰 在自由度类型下拉菜单中选择 translational 4 点击 OK 注意 注意 驱动有平移和旋转两种 有点驱动 加在 Marker 上 和铰驱动 加在铰上 通过在 此加一个平移类型的铰驱动 相当于给测试平台加上一个上下移动的激励 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 缩进 左侧 0 厘米 首行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 居中 缩进 左侧 0 厘米 首行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 字体 加粗 非倾斜 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 字体 加粗 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 带格式的 带格式的 字体 默认 楷 体 GB2312 中文 楷体 GB2312 非倾斜 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 图 10 3 21 创建驱动对话框 10 4 优化设计实例分析优化设计实例分析 本节通过对双摆臂独立前悬架的参数化模型来具体说明设计研究 试验设计和优化设 计这三种参数化分析方法 10 4 1 参数化分析的准备参数化分析的准备 在完成参数化建模之后 便可以进行设计研究 试验设计和优化设计这三种参数化分 析了 对于这三种参数化分析方法 开始的操作步骤是一致的 10 4 1 11 参数化分析操作步骤参数化分析操作步骤 设计研究 试验设计和优化设计这三种参数化分析开始的具体操作步骤如下 带格式的 带格式的 字体 加粗 带格式的 带格式的 正文 缩进 首行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 正文 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 图 10 4 1 22 参数化分析对话框 1 在 Simulate 菜单 选择 Design Evaluation 命令 ADAMS View 显示 Design Evalutation Tools 对话框 在 Model 文本对话框内自动导入当前所建立的参数化模型的名称 也可根据需要输入所需分析模型的名称 2 选择参数化分析的类型 设计研究 Design Study 试验设计 Design of Experiments 或优化分析 Optimization ADAMS View 根据选择不同的分析类型 分别显示相应的输入 对话框 3 在 Simulation Script 文本输入框输入所使用的仿真分析脚本的名称 4 选择测量 Measure 或目标 Objective 确定分析的对象的类型 根据选择的分析对 象的类型 分别显示相应的输入对话框 5 如果选择测量 Measure 在选择框 选择测量的类型 最后一次运算的值 Last Value 最小值 Minimum 最大值 Maximum 平均值 Average 并且在右边的文本对话 框 输入测量的名称 6 如果选择的对象类型是目标 Objective 在 Objective 文本对话框 输入目标的名 称 对于优化分析 只能输入一个目标 对于设计研究和试验设计 可以输入多个目标 当 输入多个目标时 用逗号分隔目标名 7 参数化分析结果的保存 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 图 10 4 2 23 参数化结果保存对话框 选择将参数化分析结果保存到数据库的工具 显示如图 100 4 2 23 在 Name 对话框 输入将要保存参数化分析结果的名称 若选择 Auto Increment Name 在保存参数化分析结果时 ADAMS View 根据保存的顺 序 自动在名称末尾加一个序号 8 参数化分析结果的删除 在处点击鼠标右键 选择删除参数化分析结果工具 通过在数据库浏览器中选择希望删除的参数化分析结果 选择 OK 按钮 删除所选 择的仿真结果 9 参数化分析结果曲线的绘制 选择绘制结果工具 显示如图 10 4 243 所示 对话框 图 10 4 3 24 参数化曲线图对话框 在 Result Set 对话框 输入绘制曲线图的参数化分析结果名称 若选择 Measure Objective vs Run 选项 绘制测量对象与变量值 试验数迭代数的曲线 图 若选择 Measure vs Time For All Runs 选项 绘制测量对象与时间的曲线图 10 参数化结果报表显示 选择表格报告工具 显示如图 10 4 4 25 所示产生表格 报告对话框 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 项目符号和编号 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 图 10 4 4 25 产生表格报告对话框 在 Result set 对话框 输入用表格显示的参数化分析结果名称 在 Column Width 对话框 输入表格列的宽度 在 Precision 对话框 输入表格中数值的精度 在 Format 栏选择选择表格中数值的格式 Automatic 程序根据表格中数值的位数和表格的宽度 自动选择使用指数形式还 是固定格式表示表格中的数值 Exponential 采用指数形式表示表格中数值 Fixed 采用固定格式表示表格中的数值 若需将表格输入到一个文件中 可以在 File Name 输入文件名 若在信息窗口显示表格 可以选择 Display in Information Window 11 设计变量值的更新 利用参数化分析对话框中提供的更新变量工具 设置 试验或迭代时的设计变量值 在 Trial 对话框 输入希望使用的试验或迭代数 对话框如下 图 图 10 4 5 26 更新设计变量对话框 12 参数化分析控制参数设置 在 Settings 栏 有 3 个参数设置按钮 Display Output 和 Optimizer 选择 Display按钮 可以显示在参数化分析过程中控制显示方式的参数设置对话框 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 无项目符号或编号 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 字体 非加粗 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 项目符号和编号 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 图 10 4 6 27 显示方式参数设置对话框 选择 Output 按钮 可以显示控制参数化分析过程输出的参数设置对话框 从中可 以选择是否保存仿真输出结果以及以怎样的文件格式输出参数化分析结果 Save Files 图 10 4 7 28 分析过程输出参数设置对话框 选择 Optimizer 按钮 可以显示优化分析设置对话框 其中 a 在 Algorithm 栏可以选择优化分析的运算法则 b 在 Tolerance 下方的文本输入框 输入优化分析的收敛允许偏差 c 在 Max Iterations 栏 输入最大的迭代次数 d 在 Rescale 栏 输入重新调整的迭代数 在迭代过程中 达到该迭代数后将重新调 整设计变量 e 在 Differencing 选择栏 选择采用的差分方法 中心差分法 Centered 还是向前差 分法 Forward f 在 Increment 栏 输入差分的增量 g 在 Debug 选择项 选择是否需要跟踪优化分析的输出 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 缩进 首行缩进 2 字 符 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 项目符号和编号 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 图 10 4 8 29 优化分析设置对话框 13 设置完成后 选择 Start 键 运行参数化分析 10 4 12 2 目标对象的设置目标对象的设置 在进行参数化分析时 需要检测设计样机的有关性能 并将这些目标简化为 ADAMS View 分析时可以计算的单独变量 在优化过程中 称为目标函数或目标 在试验 设计中 称为响应特性 1 建立测量目标 在建立测量目标时 如果只需要优化样机模型中某点的位置或速 度的大小 测量目标很容易建立 一旦 建立测量目标涉及到的因素太多 测量目标的建立 就较为复杂 根据建立测量目标的不同要求 需要考虑以下因素 1 保持对象在适当位置以避免突然变化 2 将运动的最大值保持在较小的范围内 3 使部件能迅速地返回指定位置 2 使用测量 Measure 在确定了需要计算的对象以后 便需要确定一个测量或目 标对象 以便计算各次仿真分析的对象值 在分析中 最简单的目标对象是使用测量 在运行设计研究 试验设计和优化设计过程 中 首先选择测量 然后根据对象框提示选择和输入是使用最大 最小 平均值还是最后一 次仿真分析获得的测量值作为目标值 使用测量 便于获得所需的输出 并且对模型的输出 或其他的测量结果进行各种运算 3 使用目标对象 Objective 在需要对模型的输出进行复杂的处理和计算的场合可 以使用目标对象的方法 ADAMS View 提供了以下几种可供选择的目标对象类型 1 某个测量的最大值 最小值 平均值或最后一次运算的值 此功能与使用测量时类 带格式的 带格式的 居中 带格式的 带格式的 字体 小五 带格式的 带格式的 正文 居中 缩进 首 行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 字体 加粗 带格式的 带格式的 正文 缩进 首行缩进 2 字符 带格式的 带格式的 正文 机械系统动力学分析及 ADAMS 应用 似 但与使用测量不同的是 使用目标来定义这些对象的优点是可以定义多个目标 而测量 仅可以定义一个目标 2 一组测量分量的最大值 最小值 平均值或最后一次运算的值 3 ADAMS View 函数 使用特定的 ADAMS View 函数对象处理仿真结果 可以计算 任何数量的模型输出函数 在函数中设有自变量 而自变量取含有结果的分析对象的名称 由此将目标函数对象同 ADAMS View 的仿真分析结果联系起来 本章中 通过具体的实例 来介绍利用函数来建立目标对象 4 ADAMS View 变量和宏 ADAMS View 执行用户定义的宏 并使用所定义变量的 计算值作为目标值 使用宏和变量可以允许执行一组 ADAMS View 命令来计算目标 4 产生目标对象 产生目标对象的步骤如下 1 在 Simulate 菜单 选择 Design Objective 项 再选择 New 命令 显示产生设计目标 对话框 如图 10 l 所示 2 在 Definition by 选择框 选择使用的对象函数类型 测量 measure 结果分量 Result Set Component Request ADAMS View 函数 View Function ADAMS View 变量和宏 View Variable and Macro 3 在 Definition by 选择框下面的输入框 输入目标对象的名称 4 如果使用测量或结果分量 在 Design Objective s value 选择框 选择目标对象 最 小值 minimum value 最大值 maximum value 平均值 average value 或最后一次运算的值 value at simulation end 5 选择 OK 按钮确定 图 10 4 9 30 产生设计目标对话框 在以下各节中 通过具体实例来说明目标对象的建立 带格式的 带格式的 项目符号和编号 带格式的 带格式的 字体 Times New Roman 字体颜色 黑色 带格式的 带格式的 字体 Times New Roman 字体颜色 黑色 带格式的 带格式的 字体 Times New Roman 字体颜色 黑色 带格式的 带格式的 字体 Times New Roman 字体颜色 黑色 第 10 章 ADAMS 参数化建模及优化设计 10 4 2 设计设计研究研究 设计研究主要是研究哪些设计变量对系统性能影响的灵敏度较高 对设计变量的值定在 一定范围内的若干值 ADAMS 可以分别取不同的值进行自动分析 并完成设计分析报告 本节将利用上节建立的参数化模型 对该悬架的前束角 Toe Angle 外倾角 CamperCamber Angle 进行设计研究 分析哪些参数对其影响较大 设计研究的一般步骤是 定义设计变量 定义测量 或目标 设计研究 得到结果 具体过程如下 1 定义设计变量 一种是在 build 菜单选择 Design Variable 在子菜单中选择 New 弹出图 10 4 10 对话 框 然后进行变量定义 另外一种是通过选取参数化点 然后创建设计变量 我们选取后一 种方式来定义设计变量 图 a 图 b 图 10 4 10 31 设计变量的修改 本节将中分别根据参数化点 uca knuckle lca knuckle t