第一章 虚拟样机技术概论.ppt

1、1,机构运动仿真与动力分析,周旭,答 疑 ：随堂答疑,办公地点: 机械设计教研室（机械楼307）,第一章 虚拟样机技术概论,1.1、机械产品设计的主要过程 1.2、虚拟样机技术的概念 1.3、虚拟样机技术的应用及其特点 1.4、虚拟样机技术应用软件与ADAMS软件简介 1.5、多刚体系统动力学简介,1.1、机械产品设计的主要过程,图1.1 产品全生命周期,传统产品开发，在概念设计（产品规划）之后，是一个产品设计样机制造测试评估反馈设计的循环反复过程，这其中的每一次循环，都伴随有物理样机的制造或修改，随之而来的产品开发周期的延长和开发成本的增长。,虚拟产品开发，将传统的产品设计样机制造测试评估反

2、馈设计的循环过程采用虚拟样机技术，以数字化方式进行，避免了物理样机的制造，不仅利于缩短产品开发周期和降低产品开发成本，而且数字化方式采用利于协同工作的进行，数字化模型的应用使得产品全生命周期的统一成为可能。,1.2、虚拟样机技术的概念,虚拟样机（Virtual Prototype）和虚拟样机技术（Virtual Prototyping） 虚拟样机侧重于产品的数字化模型，指对一个与物理样机具有功能相似性的系统或者子系统模型进行的基于计算机的仿真；而虚拟样机技术则侧重于虚拟样机的应用，指使用虚拟样机来代替物理样机对候选设计方案的某方面或综合的特性进行仿真测试和评估的过程。,利用虚拟样机代替物理样机

3、对产品进行创新设计、测试和评估，以缩短产品开发周期，降低产品开发成本，改进产品设计质量，提高面向客户与市场需求的能力。 虚拟样机技术与传统CAD/CAE/CAM技术最大的差别正在于：前者是面向系统的设计、分析、制造，以提高产品整体质量和性能并降低开发与制造成本为目的，而后者是面向产品零部件的设计、分析、制造，以提高零部件的质量和性能为目的。,1.3、虚拟样机技术的应用及其特点,1.3.1、虚拟样机技术的应用 虚拟样机技术在发达国家，如美国、德国、日本等都已得到广泛的应用，应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、通用机械到人机工程学、生物力学、医学以及工程咨询

4、等诸多方面。,ADAMS 仿真 模拟 分析.flv ADAMS运动分析.flv ADAMS中履带仿真.flv 单根履带坦克过战壕射击仿真.flv 自动送料冲床机构ADAMS.flv,1.3.2、虚拟样机技术的特点,1.模拟产品功能，进行设计验证和测试。 2.设计优化。 3.提高产品质量。 4.产品全方位的测试、分析和评估。 5.产品不断丰富和完善。 6.缩短产品开发周期。 7.降低产品开发成本。,1.4、虚拟样机技术应用软件与ADAMS软件简介,1.4.1、虚拟样机技术应用软件简介 实现数字化功能样机特性分析的诸多软件系统中，应用广泛、影响深远、极具代表性的软件系统主要是实现功能虚拟样机的美国

5、MSC公司的ADAMS和比利时LMS公司的DADS，实行有限元集成分析的美国MSC公司的NASTRAN和ANSYS。,1.4.2、 ADAMS软件简介,ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，原由美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发，目前已被美国MSC公司收购成为MSC/ ADAMS，是最著名的虚拟样机分析软件。它使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统动力学模型，利用拉格朗日第一类方程建立系统动力学微分代数方程，求解器算法稳定，对刚性问题十分有效，可以对虚拟机

6、械系统进行静力学、运动学和动力学分析，后处理程序可输出位移、速度、加速度和反作用力曲线以及动画仿真。,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。,ADAMS主模块：,ADAMS大学版模块列表 基本模块 用户界面模块ADAMSView 求解器模块ADAMSSolver 后处理模块ADAMSPostProcessor 振动分析模块ADAMS/Vibration 线性化分析模块ADAMS/Linear 试验设计与分析模块ADAMS/Ins

7、ight 耐久性分析模块ADAMS/Durability,接口模块 柔性分析模块ADAMS/Flex 控制模块ADAMS/Controls 图形接口模块ADAMS/Exchange 专业领域模块 轿车模块ADAMS/Car 驾驶员模块ADAMS/SmartDriver 动力传动系统模块ADAMS/Driveline 轮胎模块ADAMS/TireFORD 汽车公司专用汽车模块ADAMS/ Chassis,1.5、多刚体系统动力学简介,1.5.1 ADAMS多刚体系统的组成 ADAMS/View中的模型元素基本由这四类组成。 (1）部件：也称作构件。部件分为刚性部件和柔性部件。刚性部件是几何形体在

8、任何时候都不会发生改变，有质量属性和惯性属性。刚体的一种特殊形式是点质量体，即仅用质量，但没有惯性属性。柔性部件与刚性部件唯一不同是其几何形体会发生改变； (2) 约束（驱动）：将不同的部件联接在一起的模型元素。如各种铰、运动副等。驱动有位移驱动和旋转驱动； (3) 力：力有单分量力和多分量力，还包括力偶； (4) 力元：包括弹簧、梁、衬套等。,1.5.2 ADAMS多刚体系统的坐标系统,在机械系统运动分析过程中，经常使用3种坐标系： （1）地面坐标系（Ground Coordinate System）。又称为静坐标系，是固定在地面标架上的坐标系。ADAMS中，所有构件的位置、方向和速度都用地

9、面坐标系表示。 （2）局部构件参考坐标系（Local Part Reference Frame，LPRF）。这个坐标系固定在构件上并随构件运动。每个构件都有一个局部构件参考坐标系，可以通过确定局部构件参考坐标系在地面坐标系的位置和方向，来确定一个构件的位置和方向。在ADAMS中，局部构件参考坐标系缺省与地面坐标系重合。 （3）标记坐标系（Marker System）。是为了简化建模和分析在构件上设立的辅助坐标系，有两种类型的标记坐标系：固定标记和浮动标记。固定标记固定在构件上，并随构件运动。可以通过固定标记在局部构件参考坐标系中的位置和方向，确定固定标记坐标系的位置和方向。,ADAMS/View允许Cartesian（直角）、Cylindrical（圆柱）、Spherical（球）三种坐标系，默认情况下为直角坐标系。,1.5.3 ADAMS多刚体系统的自由度,机械系统的自由度是指机械系统中各零件相对于地面所具有的独立运动的数量。欲使机构具有确定的运动，则其原动件的数目必须等于该机构的自由度。 确定一个物体或系统的位