《机电系统与仿真技术》课件-3多体理论与Adams软件模块2课时

一、回顾：数值计算Page

7二、多体系统动力学基本理论多体动力学（MBD）系统是一个由刚体或连接组成的系统，通过接头相互连接在一起，限制其相对运动。MBD研究是分析机械系统在作用力影响下的移动方式，也称为正向动力学。而逆向问题研究（即机械系统以指定方式移动所需的作用力）被称为逆向动力学。Page

82.2多刚体系统动力学建模2.2.1多体系统动力学基本概念物理模型：力学模型，由物体、铰、力元和外力等要素组成并具有一定拓扑构型的系统。拓扑构型：多体系统中各物体的联系方式，简称拓扑。系统中任意两个物体之间的通路唯一，不存在回路的，称为树系统；系统中存在回路的称为非树系统。物体：多体系统中的构件定义为物体。在计算多体系统动力学中，物体区分为刚性体（刚体）和柔性体（柔体）。刚体和柔体是对机构零件的模型化，刚体定义为质点间距离保持不变的质点系，柔体定义为考虑质点间距离变化的质点系。Page

9约束：对系统中某构件的运动或构件之间的相对运动所施加的限制。分为运动学、驱动约束，前者是运动副约束的代数形式，而驱动约束则是施加于构件上或构件之间的附加驱动运动条件。铰：也称为运动副，在多体系统中将物体间的运动学约束定义为铰。铰约束是运动学约束的一种物理形式。力元：在多体系统中物体间的相互作用，也称为内力。力元是对系统中弹簧、阻尼器、致动器的抽象，理想的力元可抽象为统一形式的移动弹簧-阻尼器-致动器（TSDA），或扭转弹簧-阻尼器-致动器（RSDA）。外力（偶）：多体系统外的物体对系统中物体的作用定义为外力（偶）。数学模型：分为静力学、运动学、动力学数学模型，是指在相应条件下对系统物理模型（力学模型）的数学描述。Page

10机构：装配在一起并允许作相对运动的若干个刚体的组合。运动学：研究组成机构的相互联接的构件系统的位置、速度、加速度，其与产生运动的力无关。其数学模型是非线性和线性的代数方程。动力学：研究外力（偶）作用下机构的动力学响应，包括构件系统的加速度、速度、位置，以及运动过程中的约束反力。动力学问题是已知系统构型、外力和初始条件求运动，也称为动力学正问题。其数学模型是微分方程或微分方程和代数方程的混合。静平衡：在与时间无关的力作用下系统的平衡。静平衡分析是一种特殊的动力学分析，在于确定系统的静平衡位置。逆向动力学：是运动学分析与动力学分析的混合，是寻求运动学上确定系统的反力问题，与动力学正问题相对应，逆向动力学问题是已知系统构型和运动求反力，也称为动力学逆问题。Page

11连体坐标系：固定在刚体上并随其运动的坐标系，用以确定刚体的运动。刚体上每一个质点的位置都可由其在连体坐标系中的不变矢量来确定。广义坐标：唯一地确定机构所有构件位置和方位即机构构形的任意一组变量。广义坐标可以是独立的（即自由任意地变化）或不独立的（即需要满足约束方程）。对于运动系统来说，广义坐标是时变量。自由度：确定一个物体或系统的位置所需要的最少的广义坐标数。约束方程：对系统中某构件的运动或构件之间的相对运动所施加的约束用广义坐标表示的代数方程形式。它是约束的代数等价形式，是约束的数学模型。Page

122.2.2计算多体系统动力学建模与求解一般过程图2.1计算多体系统动力学建模与求解一般过程运动学、动力学、静平衡、逆向动力学分析Page

132.4多体系统动力学方程的求解计算多体系统动力学基本运算线性方程组求解消元法或迭代法（全主元高斯消元法）非线性方程组求解牛顿-拉夫森（Newton-Raphson）常微分方程组（ODE）求解线性多步法或单步的龙格-库塔法。微分代数方程组（DAE）求解常微分方程的解是一元函数（只有一个自变量和一个因变量）。

偏微分方程的解是多元函数（有两个或以上的自变量和一个因变量，故其导函数是偏导数）。

微分代数方程就是几个微分方程和纯代数方程（没有导数）组成的一个方程组，代数微分方程很少有解析解。ADAMS简单教程14软件介绍基本知识环境介绍文档介绍几何建模施加约束施加载荷施加驱动运动仿真后处理参数化模型最优设计实例讲解ADAMS教学内容Page

15三、ADAMS软件介绍1.ADAMS软件概述2.ADAMS软件基本模块3.ADAMS软件扩展模块4.ADAMS软件接口模块5.ADAMS软件专用领域模块6.ADAMS软件工具箱Page

16ADAMS软件概述ADAMS软件，即机械系统动力学自动分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。重要Page

18ADAMS软件基本模块ADAMS/View（界面模块）ADAMS/View是ADAMS系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的交互式图形环境，将图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。样机建摸、样机模型数据的输入和编辑、与求解器和后处理等程序的自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据的输入和输出、同其他应用程序的接口。1.5用户界面模块——ADAMS/View(cont.)Page

20ADAMS/Solver是ADAMS系列产品的核心模块之一，是ADAMS产品系列中处于心脏地位的仿真器。该软件自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学、动力学的解算结果。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问题。ADAMS/Solver可以对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和控制系统研究，用户除要求软件输出位移、速度、加速度、力外，还可要求模块输出用户自定义的数据。用户可以通过运动副、运动激励，高副接触、用户定义的子程序等添加不同的约束。用户同时可求解运动副之间的作用力和反作用力，或施加单点外力。求解器模块(ADAMS/Solver)Page

21MDI公司开发的后处理模块ADAMS/Postprocessor，用来处理仿真结果数据、显示仿真动画等。既可以在ADAMS/View环境中运行，也可脱离该环境独立运行。如图所示。后处理模块（ADAMS/Postprocessor）Page

22ADAMS/Postprocessor的主要特点：采用快速高质量的动画显示，便于从可视化角度深入理解设计方案的有效性；使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速检索对象；具有丰富的数据作图、数据处理及文件输出功能；具有灵活多变的窗口风格，支持多窗口画面分割显示及多页面存储；多视窗动画与曲线结果同步显示，并可录制成电影文件；具有完备的曲线数据统计功能：如均值、均方根、极值、斜率等；具有丰富的数据处理功能，能够进行曲线的代数运算、反向、偏置、缩放、编辑和生成Bode图等；为光滑消隐的柔体动画提供了更优的内存管理模式；强化了曲线编辑工具栏功能；能支持模态形状动画，模态形状动画可记录的标准图形文件格式有：*.gif，*.jpg，*.bmp，*.xpm，*.avi等；在日期、分析名称、页数等方面增加了图表动画功能；可进行几何属性的细节的动态演示。Page

23ADAMS软件扩展模块应用Hydraulics模块，用户能精确地对由液压元件驱动的复杂机械系统进行动力学仿真分析。比如：工程机械、汽车制动系统、汽车转向系统、飞机起落架等。运用该模块可提高机械工程师建立包括液压回路在内的机械系统动力学模型的能力，工程师利用Hydraulics和Controls模块相结合，就可在同一仿真环境中建造、试验和观察包括机-电-液一体化的虚拟样机。Hydraulics是选装模块，使用的前提条件是要具备ADAMS/SoIver和ADAMS/View模块。Hydraulics可帮助用户将系统性能仿真与液压系统设计无缝集成为一体。用户可首先在ADAMS/View中建立液压回路框图，然后通过液压油缸将其连接到机械系统模型中，最后选取最适当的、功能最强的积分器仿真分析整个系统的性能。用户同时使用Hydraulics和Controls，可提供阀体的反馈控制输入。并且由于液压系统与机械系统之间的相互作用在计算机内被有机地集成为一体，因此可以方便地进行系统的装配和仿真试验。液压系统模块（ADAMS/Hydraulics）Page

24ADAMS/Vibration是进行频域分析的工具，可用来检测ADAMS模型的受迫振动(例如：检测汽车虚拟样机在颠簸不平的道路工况下行驶时的动态响应)，所有输入输出都将在频域内以振动形式措述，该模块可作为ADAMS运动仿真模型从时域向频域转换的桥梁。通过运用ADAMS/Vibration可以实现各种子系统的装配，并进行线性振动分析，然后利用功能强大的后处理模块ADAMS/Postprocessor可进一步作出因果分析与设计目标设置分析。振动分析模块（ADAMS/Vibration）Page

25采用ADAMS/Vibration模块，可在模型的不同的测点，进行受迫响应的频域分析；频域分析中可包含液压、控制及用户系统等结果信息；能够快速准确将ADAMS线性化模型转入vibration模块中；能够为振动分析开辟输入、输出通道，能定义频域输入函数，产生用户定义的力频谱；能求解所关注的频带范围的系统模型，评价频响函数的幅值大小及相位特征；能够动画演示受迫响应及各模态响应；能把系统模型中有关受迫振动响应的信息列表；能把ADAMS模型中的状态矩阵输出到MATLAB及MATRIX中；运用设计研究、DOE(试验设计)及振动分析结果和参数化的振动输入优化系统综合性能。运用Vibration能使工作变得快速简单，运用虚拟检测振动设备方便地替代实际振动研究中复杂的检测过程，从而避免了实际检测只能在设计的后期进行且费用高昂等弊病，缩短设计时间、降低设计成本。Vibration输出的数据还可被用来研究预测汽车、火车、飞机等机动车辆的噪音对驾驶员及乘客的振动冲击，体现了以人为本的现代设计趋势。Page

26ADAMS/Linear是ADAMS的一个集成可选模块，可在进行系统仿真时将系统非线性的运动学或动力学方程进行线性化处理，以便快速计算系统的固有频率(特征值)、特征向量和状态空间矩阵，使用户能更快而较全面地了解系统的固有特性。Linear主要功能特点包括：利用该模块可以给工程师带来许多帮助：可以在大位移的时域范围和小位移的频率范围间提供一座"桥梁"，方便地考虑系统中零部件的弹性特性；利用它生成的状态空间矩阵可以对带有控制元件的机构进行实时控制仿真；利用求得的特征值和特征向量可以对系统进行稳定性研究。线性化分析模块（ADAMS/Linear）Page

27ADAMS/Animation是ADAMS的一个集成可选模块，使用户能借助于增强透视、半透明、彩色编辑及背景透视等方法精细加工所形成的动画，增强动力学仿真分析结果动画显示的真实感。用户既可以选择不同的光源，并交互地移动、对准和改变光源强度，还可以将多台摄像机置于不同的位置、角度同时观察仿真过程，从而得到更完善的运动图象。该模块还提供干涉检测工具，可以动态显示仿真过程中运动部件之间的接触干涉，帮助用户观察整个机械系统的干涉情况;同时还可以动态测试所选的两个运动部件在仿真过程中距离的变化。该模块主要功能是：采用基于Motif/Windows的界面，标准下拉式菜单和弹出式对话窗，易学易用；与View模块无缝集成，在View中只需点一下鼠标就可转换到Animation；其使用的前提条件是必须要有View模块和Solver模块。高速动画模块（ADAMS/Animation）Page

28ADAMS/Insight是基于网页技术的新模块，利用该模块，工程师可以方便地将仿真试验结果置于intranet或extranet网页上，这样，企业不同部门的人员(设计工程师、试验工程师、计划/采购/管理/销售部门人员)都可以共享分析成果，加速决策进程，最大限度地减少决策的风险。应用ADAMS/Insight，工程师可以规划和完成一系列仿真试验，从而精确地预测所设计的复杂机械系统在各种工作条件下的性能，并提供了对试验结果进行各种专业化统计分析的工具。ADAMS/Insight是选装模块，既可以在ADAMS/View，ADAMS/Car,ADAMS/Pre环境中运行，也可脱离ADAMS环境单独运行。工程师在拥有这些能力后，就可以对任何一种仿真进行试验方案设计，精确地预测设计的性能，得到高品质的设计方案。试验设计与分析模块（ADAMS/Insight）Page

29ADAMS/Insight采用的试验设计方法包括全参数法、部分参数法、对角线法（反证法）、Box-Behnkn法，Placket-Bruman法和D-Optimal法等。当采用其他软件设计机械系统时，工程师可直接输入或通过文件输入系统矩阵对设计方案进行试验设计；可以通过扫描识别影响系统性能的灵敏参数或参数组合可以采用响应面法（ResponseSurfaceMethods）通过对试验数据进行数学回归分析，帮助工程师更好地理解产品的性能和系统内部各个零部件之间的相互作用；试验结果采用工程单位制，可以方便地输入其他试验结果进行工程分析；通过网页技术可以将仿真试验结果通过网页进行交流，便于企业各个部门评价和调整机械系统的性能。参考《试验设计方法》一书。Page

30耐久性试验是产品开发的一个关键步骤，耐久性试验能够解答“机构何时报废或零部件何时失效”这个问题，它对产品零部件性能、整机性能都具有重要影响。MDI公司已经与MTS公司及nCode公司合作，共同开发ADAMS/Durability，使之成为耐久性试验的完全解决方案。Durability按工业标准的耐久性文件格式对时间历程数据接口进行了一次全新的扩展。目前，该模块支持两种时间历程文件格式：nSoft和MTS的RPC3。Durability可以把上述文件格式的数据直接输入到ADAMS仿真模块中去，或把ADAMS的仿真分析结果输出到这种文件格式中来。耐久性分析模块（ADAMS/Durability）Durability集成了VTL（VirtualTestLab）技术，VTL工具箱是由MTS与MDI公司设计及创建的标准机械检测系统，通过MTS的RPC图形用户接口可实施检测，并保留检测配置及操作问题，VTL的检测结果将返回工业标准的RPC格式文件中，以便由标准分析应用程序使用。一旦得到实际检测结果，便可以执行预测分析及验证。nCode公司的nSoft耐久性分析软件可以进行应力寿命、局部应变寿命、裂隙扩展状况、多轴向疲劳及热疲劳特征、振动响应、各种焊接机构强度等分析。Durability把以上技术集成在一起，从而使虚拟样机检测系统耐久性成为现实。Page

31ADAMS/DMU（DigitalMockup）Replay模块是MDI公司与DassaultSystems合作，针对CATIA的用户推出的全新模块，是运行在CATIAV5中的应用程序，可通过CATIAV5的界面访问。该模块是ADAMS与CATIA之间数据通讯的桥梁。利用它可以把其他ADAMS产品（如CAT/ADAMS）中得到的分析结果导入到CATIA中进行动画显示。ADAMS/DMU模块的主要功能：能够把ADAMS的分析结果导入到CATIAV5中；能够调整ADAMS部件名称与CATIA几何体相一致以便于显示；能够用装配的CATIA几何体动画显示仿真结果；在运动情况下，能产生一般几何体部件的包络线，执行动态干涉检查。数字化装配回放模块（ADAMS/DMUReplay）Page

32ADAMS/Flex是ADAMS软件包中的—个集成可选模块，提供了与ANSYS，MSC/NASTRAN，ABAQUS，I-DEAS等软件的接口，可方便地考虑零部件的弹性特性，建立多体动力学模型，以提高系统仿真的精度。Flex模块支持有限元软件中的MNF(模态中性文件)格式。结合Linear模块，可对零部件的模态进行适当的筛选，去除对仿真结果影响极小的模态，并可人为控制各阶模态的阻尼，进而大大提高仿真的速度。同时，利用Flex模块，还可方便地向有限元软件输出系统仿真后的载荷谱和位移谱信息，利用有限元软件进行应力、应变以及疲劳寿命的评估分析和研究。3.4ADAMS软件接口模块柔性分析模块（ADAMS/Flex）Page

33ADAMS/Controls是ADAMS软件包中的一个集成可选模块。在Controls中，设计师既可通过简单的继电器、逻辑与非门、阻尼线圈等建立简单的控制机构，也可利用通用控制系统软件(如：Matlab，MATRIX，EASY5)建立的控制系统框图，建立包括控制系统、液压系统、气动系统和运动机械系统的仿真模型。在仿真计算过程中，ADAMS采取两种工作方式：其一，机械系统采用ADAMS解算器，控制系统采用控制软件解算器，二者之间通过状态方程进行联系；其二，利用控制软件书写描述控制系统的控制框图，然后将该控制框图提交给ADAMS，应用ADAMS解算器进行包括控制系统在内的复杂机械系统虚拟样机的同步仿真计算。这样的机械-控制系统的联合仿真分析过程可用于许多领域，例如汽车自动防抱死系统（ABS）、主动悬架、飞机起落架助动器、卫星姿态控制等。使用Controls的前提是需要ADAMS与控制系统软件同时安装在相同的工作平台上。控制模块（ADAMS/Controls）Page

34ADAMS/Exchange是ADAMS/View的一个集成可选模块，其功能是利用IGES、STEP、STL、DWG/DXF等产品数据交换库的标准文件格式完成ADAMS与其它CAD/CAM/CAE软件之间数据的双向传输，从而使ADAMS与CAD/CAM/CAE软件更紧密地集成在一起。Exchange可保证传输精度、节省用户时间、增强仿真能力。当用户将CAD/CAM/CAE软件中建立的模型向ADAMS传输时，Exchange自动将图形文件转换成一组包含外形、标志和曲线的图形要素，通过控制传输时的精度，可获得较为精确的几何形状，并获得质量、质心和转动惯量等重要信息；用户可在其上添加约束、力和运动等，这样就减少了在ADAMS中重建零件几何外形的要求，节省建模时间，增强了用户观察虚拟样机仿真模型的能力。图形接口模块（ADAMS/Exchange）Page

35为了使ADAMS更方便地与CATIA进行数据交换，DassaultSystems公司与美国MDI公司在柱面汽车公司BMW、Chrysler和Peugeot等的大力支持下开发了CAT/ADAMS。应用CAT/ADAMS可将ADAMS虚拟样机技术有机地融入CATIA之中，即同时将CATIA的运动学模型、几何图形和其它实体信息方便地传递至ADAMS；可对整个产品进行动力学分析，并将分析结果反馈给CATIA；可进行碰撞检测和间隙影响研究。采用此接口可改进仿真精度、提高工程分析的速度和效率，从而快速评价多种设计方案。CATIA专业接口模块（CAT/ADAMS）Page

36Mechanical/Pro是连接Pro/E与ADAMS之间的桥梁。二者采用无缝连接的方式，使Pro/E用户不必退出其应用环境，就可将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统，进行系统的运动学仿真，并进行干涉检查、确定运动锁止的位置、计算运动副的作用力。Mechanical/Pro是采用Pro/Develop工具创建的，因此Pro/E用户可以在其熟悉的CAD环境中建立三维机械系统模型，并对其运动性能进行仿真分析。通过一个按键操作，可将数据传送到ADAMS中，进行全面的动力学分析。Pro/E接口模块（Mechanical/Pro）Page

37ADAMS/Car是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车设计软件包，集成了他们在汽车设计、开发方面的专家经验，能够帮助工程师快速建造高精度的整车虚拟样机，其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等，工程师可通过高速动画直观地再现在各种试验工况下（例如：天气、道路状况、驾驶员经验）整车的动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖，而仿真时间只是进行物理样机试验的几分之一。3.5ADAMS软件专用领域模块轿车模块（ADAMS/Car）Car采用的用户化界面是根据汽车工程师的习惯而专门设计的。Car中包括整车动力学模块(VehicleDynamics)和悬架设计模块(SuspensionDesign)，其仿真工况包括：方问盘角阶跃、斜坡和脉冲输入、蛇行穿越试验、漂移试验、加速试验、制动试验和稳态转向试验等，同时还可设定试验过程中的节气门开度、变速器档位等。Page

38SuspensionDesign中包括以特征参数(前束、定位参数、速度)表示的概念式悬架模型。通过这些特征参数，设计师可快速确定在任意载荷和轮胎条件下的轮心位置和方向。在此基础上，快速建立包括橡胶衬套等在内的柔体悬架模型。应用SuspensionDesign，设计师可得到与物理样机试验完全相同的仿真试验结果。采用全参数的面板建模方式，借助悬架面板，设计师可提出原始的悬架设计方案。在此基础上，通过调整悬架参数(例如：连接点位置和衬套参数)就可快速确定满足理想悬梁特性的悬梁方案。SuspensionDesign可进行的悬梁试验包括：单轮激振试验、双轮同向激振试验、双轮反向激振试验、转向试验和静载试验等，输出三十九种标准悬架特征参数。悬架设计软件包（SuspensionDesign）Page

39CSM(ConceptualSuspensionModule)概念化悬架模块是一个选装模块，可作为ADAMS/Car的一部分，也可单独使用。利用CSM，通过预先定义悬架运动时或受外力作用时车桥的轨迹，可在ADAMS/Car中实现悬架的运动分析。利用CSM不需要建立详细的多体悬架模型，就可研究系统级的车辆动力学性能。因为特征文件.SCF中不包含任何相关的几何信息，所以CSM模型不但可以与他人(例如：零件供应商)共享悬架特征文件(.SCF)，而且不必担心泄密。与多体悬架模型相比，CSM提供了悬架的运动性能分析，只注重悬架布局的最终结果，可快速建立简化的14DOF的汽车模型，该汽车模型中包含非线性的弹性动力学性能的多体悬架模型。使用CSM可在同一个车辆装配中把概念化悬架与多体悬架结合使用；可通过表格数据（2维或3维的样条函数）或二元多项式系数定义悬架特征曲线；从Car多体悬架分析中可自动产生悬架特征.SCF文件；用户可如同悬架设计模块一样进行整车的仿真分析。概念化悬架模块（CSM）Page

40ADAMS/Driver是ADAMS软件包中的一个可选模块，该模块是在德国的IPG-Driver基础上，经过二次开发而形成的成熟产品。利用Driver，用户可确定汽车驾驶员的行为特征，确定各种操纵工况（例如：稳态转向、转弯制动、ISO变线试验、侧向风试验等），同时确定方向盘转角或转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器档位，提高车辆动力学仿真的真实感。当同时使用Tire模块和Driver模块时，设计人员还可研究车辆沿倾斜弯道、坡道及崎岖不平路面行驶时的三维动力学响应。该模块特别适用于装备有各种正、负反馈的智能系统(例如：制动防抱死系统ABS、四轮转向系统4WS、四轮驱动系统4WD、自动导航系统)的汽车。Driver模块还可通过调整驾驶员行为适应各种汽车特定的动力学特性，并具有记忆功能。驾驶员模块（ADAMS/Driver）Page

41动力传动系统是ADAMS推出的全新模块，利用此模块，用户可快速地建立、测试具有完整传动系统或传动系统部件的数字化虚拟样机，也可把建立的数字化虚拟样机加入到Car中进行整车动力学性能的研究。Driveline从Car继承了关键的特征，如模板、参数以及可扩展的仿真环境，与Car和Engine一起构成完整的车辆仿真工具。使用Driveline模块，可以快速创建完整的、参数化的传动系统，研究扭矩的传递以及分配，传动系统的装配以及振动分析等性能，也可预测部件的疲劳寿命，获得NVH（振动、噪音、舒适性）特性。利用该模块建立的包含传动系统的虚拟样机可加入到Car中分析研究整车（如前轮驱动、后轮驱动以及全轮驱动）的动力学性能分析。动力传动系统模块（ADAMS/Driveline）Page

42ADAMS/Tire是研究轮胎/道路相互作用的建模可选模块。利用该模块工程师可以更方便地计算侧向力、自动回正力矩及由于路面不平而产生的力，进行装备不同轮胎的整车在各种路面条件下的多组道路试验。Tire可计算轮胎为克服滚动阻力而受到的垂向、纵向和侧向载荷；仿真研究车辆在制动、转向、加速、滑行、滑移等大变形工况下的动力学特性；研究车辆的稳定性，计算汽车的偏转、俯仰和侧倾特性；其输出力和加速度数据可作为有限元软件包的输入载荷进行相应的应力和疲劳特性研究。Tire模型的数据输入形式多样，既可以是轮胎特性，也可以是试验数据表。软件中包含荷兰Delft工业大学HansPacejka教授与瑞典Volvo汽车公司合作开发的“MagicFormula”轮胎模型（MF轮胎）。轮胎模块（ADAMS/Tire）Page

43FTire（FlexibleRingTireModel）柔性环轮胎模型，是ADAMS/Tire的新增模块，是一个2.5维的非线性轮胎模型，轮胎的胎体由一些环形的元素来代替，一般大约为50—100个元素，通过刚性弹簧互相连接起来。这些环形元素相对于轮辐可以在任意方向弯曲。FTire与TYDEX基本轮胎界面一致。FTire模块主要是针对乘坐舒适性、耐久性以及操纵性能方面的应用而设计的。此外，该模块在模型的逼真度、细节与计算速度之间提供了一个有效的折中方法；在频域提供了有效的分析结果，频率可高达120Hz；容易从轮胎的测量数据中获得模型参数；对波长降到轮胎接地尺寸的—半的小障碍物，能够得出有效的结果；当通过凸凹不平的路面时，能提供很高的精确值。柔性环轮胎模块（FTireModule）Page

44ADAMS/FBG（FlexibleBodyGenerator）模块实际上是在ADAMS中集成了一个简单的FEA求解器，是ADAMS由系统动力学向结构动力学的一次重要功能扩展，其主要是为Car，Engine，Rail等采用模板建模方式模块配备的选装模块。利用此模块，可根据AFI（AutoFlexInput）文件自动生成形状复杂的柔性体，以便在仿真分析中研究柔性部件的变形，更加精确地预测载荷，提高仿真的准确度。AFI文件是文本文件，通过定义几何体形状、材料以及相关属性等，创建MNF（ModalNeutralFile）文件，该文件为柔性体的有限元输出文件，定义了柔性体的特性。使用该模块，把中心线、横截面、柔性元素等信息写入到AFI文件中，利用FBG对输入的AFI文件进行解析，进而生成相应的MNF文件，然后把MNF文件导入到采用模板建模方式的模块中，把生成的柔性体信息赋给已存在的柔性体，或者创建一个新的柔性体。柔性体生成器模块（ADAMS/FBG）Page

45虚拟样机功能的巨大发展归功于MDI公司与MTS系统公司共同开发的EDM（EmpiricalDynamicsModels）经验动力学模块。利用EDM，可快速建立基于试验数据的高精度弹性件模型，特别是在设计复杂的悬架、阻尼器、衬套、发动机悬置和轮胎等。以前复杂模型的建立依赖于零部件的详细几何、物理属性，以及物理特性。由于EDM是基于试验数据的，能进行自我校验，减少了试验验证工作，大大节约了计算时间。经验动力学模型易于生成和使用，不仅适用于部件装配，也适用于系统装配中。使用EDM，在产品开发的早期就可以创建高精度的弹性元件模型；与传统的模型相比，适用于较高的振幅和频率范围；与传统利用几何等信息建立的模型相比，运算速度显著提高；能够加速车辆的开发过程，缩短研制周期。经验动力学模型（EDM）Page

46ADAMS/Engine是美国MDI公司最新推出的全新仿真环境，其主要功能是为工程师提供传动系快速建模、仿真的专业化工具。Engine是为建造和测试发动机虚拟样机而开发的软件环境，利用它用户可在产品开发的各个阶段快速地优化传动系的单个零件、子系统以及整个系统的性能。Engine模块是Car模块的重要补充，主要是建立发动机配气系统的专业化仿真环境，并将增加正时系统、传送带、曲轴、连杆和活塞系统的仿真试验功能。通过Engine与Car的有机结合，可以建立一个集整车动力学、悬架设计和发动机系统优化的完整集成仿真环境。发动机设计模块（ADAMS/Engine）Page

47发动机系统是汽车设计的一个重要组成部分，通过Engine提供的专业化仿真环境，汽车工程师能够在产品设计的早期，预测、修改和优化传动系的高频性能，并将传动系的零部件(例如：曲柄、连杆、活塞销、活塞和活塞环等)和子系统（配气系统、正时系统、传送带、曲轴、连杆和活塞系统等）组成完整的虚拟发动机。在此基础上，发动机工程师能够在综合考虑成本、重量、装配及约束等设计要求的前提下，计算传动系的零部件载荷，预测其使用寿命、可靠性，解决发动机系统振动等动力学问题。用户能够根据发动机的成本、重量、装配及约束条件，计算传动系的零部件载荷，预测其使用寿命、可靠性，解决发动系系统振动等动力学问题。Page

48ADAMS/EngineValvetrain是MDI公司推出的发动机设计软件包中的第一个模块，应用该模块，可快速建立配气机构的虚拟样机模型，研究凸轮轴的扭转振动和轴承载荷，气门机构的凸轮压力，气门动力学，弹簧动力学和摩擦损失等；而且用户还可方便地控制输出文件的格式和内容，输出二维曲线和多维曲面，仿真数据也可深入其他图形工具，进行专业的后处理。利用Valvetrain模块，可优化配气机构、气门座和凸轮的可靠性。首先采用高精度模板快速建立配气机构的虚拟样机模型并进行仿真分析，进而输出气门位移随转速与曲柄转角变化的曲线，并与最佳换气所期望的气门位移特性曲线比较，在此基础上，工程人员按照气门位移曲线和气门落座速度修正凸轮轮廓形状以改善其性能。此外，利用此模块，还可优化液压间隙调节装置的设计。配气机构模块（ADAMS/EngineValvetrain）Page

49ADAMS/EngineChain是MDI公司推出的发动机设计软件包中的又一模块，应用这个模块，用户可建立由滚子和衬套组成的正时链模型。可分析当链轮和导向轮任意布置时正时链系统的性能，研究正时链中衬套和链的振动以及冲击载荷、齿形带的张紧力和振动、斜齿/锥齿轮传动中齿轮的振动。利用这个模块，还可方便地定义滚子/衬套传动链的斜率、后节距、宽度、质量分布和惯量等特性，设计非对称齿，定义传动齿之间的接触特性，创建旋转式、移动式以及固定式等不同形式的导向轮。正时链模块（ADAMS/EngineChain）“正时皮带”或“正时链条”是发动机重要零部件。正时皮带”或“正时链条”的主要作用是用来驱动发动机的配气机构，使发动机的进、排气门在适当的时候开启或关闭，来保证发动机的汽缸能够正常地吸气和排气。正时链条的工作是靠高强度金属链条，将曲轴和凸轮轴等部件的链轮连接并使其保持同步运转。因为金属之间的高速运转，磨损快温度高，所以必须要设计相应的润滑系统进行冷却和润滑。同时发动机设计使用正时链条还存在金属之间摩擦噪声问题Page

50附件驱动模块是ADMS/Engine中的最新模块，同配气机构、正时链一样，是发动机子系统完整解决方案的一部分。利用附件驱动模块，用户可创建v型布置的皮带轮和张紧轮，并把它们布置在附件驱动机构中正确的位置，在整个机构上安装皮带就构成了附件驱动系统。通过把附件驱动系统与其他Engine的子系统(如配气机构、齿轮传动等)装配起来，并用数值或者用户自定义函数来设置皮带的速度和阻尼扭矩来评价传动性能。附件驱动模块（AccessoryDriveModule）Page

51ADAMS/Rail是由美国MDI公司、荷兰铁道组织(NS)、Delft工业大学以及德国ARGECARE公司合作开发的，专门用于研究铁路机车、车辆、列车和线路相互作用的动力学分析软件。用户可以利用Rail方便快速地建立完整的、参数化的机车车辆或列车模型以及各种子系统模型和各种线路模型，并根据用户分析目的不同而定义相应的轮轨接触模型。然后自动组装成用户所需要的系统模型，执行相应的分析。进而可以进行诸如机车车辆稳定性临界速度、曲线通过性能、脱轨安全性、牵引/制动特性、轮轨相互作用力、随机响应性能和乘客舒适性指标以及纵向列车动力学等问题的研究。铁路车辆模块（ADAMS/Rail）Page

52ADAMS/Pre（Chassis）模块是MDI公司为美国FORD汽车公司开发的专用汽车分析仿真模块。在SDI（SDI表示单文档模型，对应的MDI表示多文档模型）环境中，具有完善的整车控制功能；具有基于EDM的冲击模型（EntityDataModel就是所谓的实体数据模型）；能与Hydraulics、Solver编码相集成；能与外部源—编码控制系统相集成；具有完整连接器、立体轴向拖臂的后悬架模块；扩展了弹簧阻尼缓冲器附加选择；在标准模板中，支持两级弹簧阻尼缓冲器结机构。另外，该模块支持数据库文件的更新，优化了附加选择方法并巩固了现有的转向系统模板；为了更有效地利用硬盘空间，新版本中增加了输出/结果文件标志，该标志便于ADAMS/Pre控制是否要生成输出结果文件，输入输出文件标志设定可以更有效地利用磁盘空间；增强了建模方法、仿真功能，增加自由运动仿真、新悬架模型及图形接口；能与ADAMS/Insight相集成。FORD汽车公司专用汽车模块（ADAMS/Pre，现名Chassis）Page

53ADAMS/SDK（SoftwareDevelopmentKit）是ADAMS软件的开发工具包，利用ADAMS/SDK（软件开发工具包SoftwareDevelopmentKit)），用户可把运动仿真功能完全集成到自己的软件包中，也可为已有的产品增加更强的运动仿真能力。集成后的工具包与ADAMS具有同样的仿真分析功能。ADAMS/SDK使用流行的C或C++语言作为编程接口环境。可以快速、简单、有效地在用户的软件包中增加运动仿真功能。用户通过集成ADAMS在各行业中已验证的经验，可以大大地节省在运动仿真开发方面的投资。ADAMS/SDK可以广泛地应用于CAD软件中的运动学和动力学工具，CAD软件中装配位置的确定，制造业中的动态仿真，数字化装配运动回放及工业特殊用途的运动仿真。3.6ADAMS软件工具箱软件开发工具包（ADAMS/SDK）Page

54为了加快汽车模型以及零部件的验证过程．缩短产品的开发周期，MDI与MTS公司合作开发了VTL（VirtualTestLab）工具箱与EDM模型。利用EDM，可快速建立高精度模型，显著提高仿真精度。而使用VTL工具箱，用户可以在设计与验证的过程中，预测疲劳、车辆动力性、操纵性、乘坐舒适性以及噪音和振动特性。VTL，EDM与ADAMS虚拟样机相结合，大大加速了虚拟样机技术的发展。VTL使用与物理样机测试相同的界面和分析技术，在设计开发的早期，即在物理样机或物理试验系统建立之前，就可对系统性能进行预先评估，使设计中的问题和错误提前暴露，保证设计的可靠性并减少潜在的拖延。同时利用VTL测试分析，可使设计工程师、分析工程师、试验工程师更好地协同工作，也为新人提供了有用的试验训练工具。VTL工具箱是MTS设计和建立的标准机械测试虚拟系统。利用它，用户的模型和MTS机械设备的模型可以方便快捷地连接起来，并通过MTSRPC图形用户界面进行虚拟试验测试。VTL的测试结果以工业标准RPC文件的格式存放，因此，获得物理样机的测试结果之后可很容易的进行对比验证。虚拟试验工具箱（VirtualTestLab）Page

55试验模态分析是产品开发和故障诊断的重要工程手段。它可快速地从试验数据中提取系统模态振型和模态频率。但在对物理样机进行EMA时需要采用多点激振设备以及多通道数据处埋设备，这就决定了EMA具有成本高、周期长的缺点。此外，EMA的精度还取决于多种因素，例如:激振方式、激振位置、测点位置、测量方法、边界条件以及工程师的EMA经验等。MDI公司开发了虚拟试验模态