第7讲参数化建模和仿真分析2013

虚拟样机参数化建模和仿真分析虚拟样机技术及其应用--62023/2/126.1、参数化建模与设计简介

对需要重复建模和仿真的场合，运用参数化建模和分析功能可大大地提高分析效率方法：确定影响样机性能的关键输入值，然后对这些输入值进行参数化处理

2023/2/136.1、参数化建模与设计简介

ADAMS/View提供了4种参数化方法

使用参数表达式（函数）

参数化点坐标

运动参数化

使用设计变量

ADAMS/View提供了3种类型的参数化分析过程：

设计研究（Designstudy）

试验设计（DesignofExperiments，DOE）

优化分析（Optimization）

2023/2/146.2、ADAMS/View函数

两种类型的函数：设计过程函数（Design-timefunctions）运行过程函数（Run-timefunctions）设计过程函数：用于在优化和敏感性研究中构造参数化的样机模型仅在样机的建模设计阶段才计算设计过程函数的值数学函数、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6.2、ADAMS/View函数

运行过程函数用于定义仿真状态之间的数学关系，可以影响样机在仿真过程中的表现ADAMS仅在仿真分析过程中更新运行过程函数值包括：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2023/2/152023/2/166.2.2构造函数对话框-1构造函数类型获得系统支持的函数的帮助定义函数区函数目录系统支持的函数列表函数格式提示运算符属性计算函数值设置绘图限制绘制函数图获得预先定义的数据2023/2/17构造函数对话框-2有几种不同的进入构造函数对话框的方法分为表达式和运行过程函数两种工作方式

表达式工作方式

:在需要生成表达式的各种场合进入构造函数对话框，程序显示的是表达式工作方式

从文本输入框进入构造表达式对话框

构造设计过程函数(Build菜单--Function)

产生或修改要计算的测量

(Build菜单--选择Measure

运行过程函数工作方式：文本输入框进入

产生或修改函数测量

2023/2/186.2.3构造函数--

表达式语法

数据类型

:整数（Integer）,实数（Real）,字符串（String）,数据库对象（Object），

矩阵（Matrix）

操作数

:常数、符号常数、函数、数据库对象及其分量

访问数据库:

用户可以访问数据库，从中查找需要的数据，再利用这些数据库中的数据生成新的数据。例如：根据一个构件的体积去计算另一个构件的体积；根据两坐标系的位置，计算连接的方向；根据对象的名称，获得下一层新对象的名称等运算符:算术运算符、关系运算符、逻辑运算符字符串/矩阵的连接运算符

2023/2/19表达式语法符号常数值符号常数值TRUE/YES/ON1SIN45sin(π/4)=0.0137FALSE/NO/OFF0SQRT2

PIπ=3.1415RTOD(180/π)=57.2974HALF_PIπ/2=1.5707DTOR(π/180)=0.0174THREE_HALVES_PI(3π)/2=4.7122VERSION9.0TWO_PI2π=6.283NONE0或空TIME当前的仿真分析时间MODE表示当前分析类型的整数表10-1ADAMS/View的符号常数访问数据库采用根路径表示对象时，对象名称用点“.”开头，例如：

.some_model.some_part.mass：构件some_part的质量，实数

.model_1.title：样机model_1的标题，字符串

.model_1.circle_1.sides：圆环circle_1边的数量，整数

.model_1.part_1.location：构件part_1位置的三维数组。

2023/2/110设计过程函数

有两类设计过程函数：一种是用户自定义的函数，其中包括解释函数和编译函数。另一种是ADAMS/View程序提供的函数用户自定义的解释函数由若干插入了表达式的文字语句组成，可以在ADAMS的命令窗口产生使用解释函数时，ADAMS将用户的参数代入对应参数名称所在的函数语句中用户自定义的编译函数

用C或Fortran语言编写，然后通过编译同ADAMS/View连接系统提供的函数ADAMS/View提供了二百多个设计过程函数2023/2/111设计过程函数

数学函数（MathFunction）位置和方向函数（Location/OrientationFunction）LOC_ALONG_LINE（O1,O2,D）返回一个点的坐标，该点在点O1与O2的连线上，且与点O1的距离为D建模函数（ModelingFunctionsDM（O1,O2） 返回点O1与点O2之间的距离矩阵/数阻函数（Matrix/ArrayFunction）字符串函数（StringFunction）数据库函数（DatabaseFunctions）数据库函数组（DatabaseFunctionsGroup）系统函数组（SystemFunctionsGroup）2023/2/112运行过程函数

位移函数（DisplacementFunctions）、速度函数（VelocityFunctions）、加速度函数（AccelerationFunctions）、接触函数（ContactFunctions）、样条函数（SplineFunctions）、对象函数中使用的力（ForceinObjectFunctions）运行过程函数

合力函数（ResultantForceFunctions）、数学函数（MathFunctions）、数据单元存取（DataElementAccess）、用户自编子程序调用（User-WrittenSubroutineInvocation）、参数和变量（Constants&Variables）等

2023/2/1132023/2/1146.3、使用参数表达式

ADAMS/View的表达式总是置于前后两个圆括号之中，表达式中可以包括：

常数标准的数学运算符和数学函数操作数ADAMS/View定义的设计过程函数样机模型中的其他参考对象，例如：以上举例的part_1构件的质量（.model_1.part_1.mass）等数据库调用表达式：直接在有关参数的文本输入框中输入，或利用ADAMS/View提供的函数构造对话框输入弹出式菜单中选择Parameterize项，再选择ExpressionBuilder命令2023/2/115使用参数表达式

活塞力F=1000，方向与滑块运动的方向相反F=SIGN(10000，-VX(.pistonpump.piston.MAR_4))风载荷的计算公式：P=C×q×F，方向F=SIGN(1.3*DV_1*DV_4,DV_5)式中：DV_1为迎风面积F,DV_4为计算风压q，系数C=1.3DV_5为方向控制参数空气弹簧作用力F=-1373×168/(168-x)F=-1373*168/(168-dx(PART11.cm))2023/2/116使用参数表达式模拟大车从静止开始作匀加速运动，9秒后到达额定速度37.9米/分钟大车轮施加如下的角速度ω驱动函数：采用IF表达式：IF（表达式1，表达式2，表达式3，表达式4）ω=IF(time-9:12d*time,108d,108d)。意义：仿真开始到9秒，作匀加速转动，加速度12度/秒2；9秒时，大车轮角速度108度/秒（即大车的额定速度37.9米/分钟），之后就一直保持此速度作匀速直线运动。ωtime2023/2/117对样机几何形体进行参数化处理的最简单方法是对特殊点进行参数化处理

根据样机几何结构的特点，设置若干点然后利用这些点产生一些新的构件，或者将已有的构件同新建立的点关联。当这些特殊点的位置改变时，与其相关联的几何形体也将自动更新。如果将点的坐标进行参数化处理，则可以在一定程度上实现样机几何形体的参数化建模。6.4、参数化点坐标

2023/2/118参数化坐标点参数化结构→参数化A、B、C点2023/2/119利用表格编辑器参数化点坐标

2023/2/120使用设计变量

设计变量是一种非常有用的参数化分析工具，可以用设计变量定义用户自己的自变量参数，并将设计变量同仿真对象相关联。产生设计变量使用产生设计变量对话框，使用弹出式菜单中的CreateDesignVariable命令。将点定义为设计变量举例虚拟样机参数化仿真分析

2023/2/1226.5、参数化分析简介ADAMS/View提供了3种类型的参数化分析方法设计研究、试验设计、优化分析设计研究（Designstudy）

研究某个设计变量发生变化，或者取不同的值，样机的性能将会发生怎样的变化对某个设计参数在一定范围内取若干值，然后自动地进行一系列的仿真分析可以获得以下的分析结果：样机有关性能可能的变化范围样机有关性能的变化对设计参数变化的敏感程度在一定的分析范围内，最佳的设计参数值2023/2/123参数化分析--试验设计试验设计（DesignofExperiments，DOE）多个设计变量同时发生变化试验设计技术包括规划试验过程（因素、水平）和试验结果的统计分析等试验设计（DOE）方法提供了规划和分析一系列试验的工具，试验设计的基本步骤如下：确定试验的目的。例如，确定哪个设计参数对样机性能有最大的影响为待试验的样机选择一套参数（又称为因素），并确定测量有关系统响应的方法为每一个参数选择一套参数值（又称为水平）采用不同的参数值组合，设计一套试验过程或步骤2023/2/124参数化分析---优化分析优化分析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目标函数是数值表达式，可以表示质量、效率、总的材料成本、运行时间、所需的能量、样机的稳定性等设计变量可以是构件的几何尺寸、力的大小、构件的质量等在优化分析过程中，程序能自动地调整设计变量，以获得最大或最小的目标函数值2023/2/1256.6、参数化分析准备工作控制变量的变化值及其范围有3种定义设计变量范围的方法：（例：变量值为5，实际变化范围是从4到6）绝对变化范围：从4到6相对变化范围：从-1到+1用百分数表示：从-20到+20有两种控制变量变化的方法：修改设计变量对话框、表格编辑器2023/2/1266.6、参数化分析准备工作测量目标对象的性能确定目标使用测量（首选）使用目标对象：使用目标来定义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某个测量的最大值、最小值、平均值或最后一次运算的值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ADAMS/View函数ADAMS/View变量和宏2023/2/127产生设计目标图11-1产生设计目标对话框2023/2/128参数化分析准备工作设置约束对象来限制优化分析的范围使得优化分析在设置的约束范围内获得最佳结果产生仿真分析剧本有三种类型的仿真分析剧本：简单运行剧本、ADAMS/View剧本和ADAMS/Solve剧本ADAMS/View剧本包含一个或多个ADAMS/View仿真命令详见8.3.3节“按剧本进行仿真分析和试验”确保分析结果正确（造成意外主要原因如下）：

ADAMS/Solver采用的容许计算偏差过大计算的输出步长太大仿真分析过早结束2023/2/1296.7、运行参数化分析开始设计研究、试验设计和优化设计菜单→Simulate→DesignEvaluation→DesignStudy,DOE,Optimize完成设计研究完成试验设计完成优化分析2023/2/1306.7、运行参数化分析开始设计研究、试验设计和优化设计菜单→Simulate→DesignEvaluation→DesignStudy,DOE,Optimize完成设计研究完成试验设计完成优化分析2023/2/131保存参数化分析结果在设置对话框选择自动地永久保存所有的参数化结果，注意！