ADAMS基本培训

1、基于ADAMS的机械结构动力学仿真分析,1,目 的 一、学习ADAMS软件的基本操作； 二、解决机构的运动学、动力学问题并能 应用于设计。,2,1 ADAMS基本介绍,3,内 容 一、 ADAMS软件简介 二、 ADAMS/View界面,4,一、 ADAMS软件简介 虚拟样机仿真分析软件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是由美国MDI公司开发的针对机械系统运动学与动力学进行仿真分析的商用软件。在当今动力学分析软件市场上ADAMS独占鳌头，拥有70%的市场份额。 该软件在经历了12个版本后，被美国MSC公司收购，本次培训

2、以2005.0.0版为基础来介绍ADAMS的内容。,其它：Recurdyn、LMS Virtual tools,5,一、 ADAMS软件简介 ADAMS集建模、计算和后处理于一体， ADAMS由多个模块组成，基本模块是View、Solver和Postprocess模块，通常的机械系统都是由这三个模块来完成，另外在ADAMS中还有针对专业领域而单独开发的一些专业模块和嵌入模块，例如专业模块包括： ADAMS/Car（汽车模块）； ADAMS/Rail（火车模块）； ADAMS/Tire（轮胎模块）等； 嵌入模块（插件）如ADAMS/Flex （柔性模块）、ADAMS/Controls（控制模块）

3、、ADAMS/Hydraulics（液压模块）等。,6,二、ADAMS/View界面 1.设置ADAMS/View的工作路径： 2. ADAMS/View的欢迎界面,7,二、ADAMS/View界面 3. ADAMS/View的工作界面,8,9,2 ADAMS环境介绍,10,内 容 一、工具栏浏览 二、工作栅格 三、坐标窗口 四、视角控制 五、定义操作环境,11,一、工具栏浏览,12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,几何建构,测量,恢复,驱动,约束副,色盘,移动,动态旋转

4、,施加力,前后视图,动态平移,上下视图,左右视图,背景颜色,多视图,其他,13,二、工作栅格 设定工作平面以建立构件 自动拾取栅格点，以便绘制移动，改变尺寸，改变几何外形。,14,设定工作栅格显示状态,设定栅格的位置,15,三、坐标窗口 座标窗口提供： 1. 坐标值 （X, Y,Z） 2. 长度值（dx, dy, dz） 按鼠标左（中）键后，会自动显示相对X、 Y、Z的长度。 Mag是合成长度。 启动方式： the Main Toolbox tool: the menu bar: View|Coordinates Window Hotkey: F4,16,四、视角控制,17,五、定义操作环境

5、定义地面坐标系 默认:笛卡儿坐标系作为地面坐标系 单位设置 定义重力,18,3 ADAMS基本建模,19,4.1 ADAMS中的几何体类型,在 ADAMS 中有四种 Parts. Rigid Bodies 可移动的零件 具有质量与惯性矩 不会变形 Flexible Bodies 可移动的零件 具有质量与惯性矩 当承受作用力时会变形,Point Masses 可移动的零件 具有质量但没有惯性矩 Ground Part 在每一个 model 都必须存在 永远保持固定不动 在 model 建立时会自动建立 不会对 model 增加 DOF,20,4.2绘制基本几何形状 基本几何形状包括：点、直线、曲

6、线和标记坐标等 点：没有质量，主要用于定义其他的几何形状和形体。 标记坐标：具有位置和方向，可用于定义力的作用位置，定义构件的几何形状和方向、形心的位置，定义构件的约束位置和方向，定义运动的方向等等。 线：绘制基本几何形体,21,22,4.3 简单形体几何建模,几何建模工具集,几何建 模工具,设置栏,表格编辑器,浮动对话框,组合形体,细节,23,ADAMS/View基本形体图库,24,25,4 ADAMS建模,26,5.1 保存模型数据库 通过使用“Save Database”命令以ADAMS/View 二进制文件保存当前模型数据库。 以二进制文件保存模型数据库可以保存所有的模型信息,包括定制

7、菜单和修改的界面。 如果文件早已存在,ADAMS/View 出现一个消息框询问是否为当前数据库文件创建一个备份文件。 （1） 进行下列操作之一: Yes创建已存在数据库的备份文件并保存数据库。但ADAMS/View 创建了备份文件时,备份文件的文件扩展名为biq； No以当前数据库内容覆盖已存在数据库文件而不作备份。 Cancel退出命令而不保存数据库。,27,5.2 撤销和重复操作 撤销大部分ADAMS/View 命令。ADAMS/View 可记住最多10 个操作。如,误删了一个节点,通过选择“Undo”来撤销删除。注意不能撤销如“File”菜单中的命令。 撤销操作,下列操作中两者选一: 1

8、）在“Edit”菜单中,选择“Undo”。 2）在主工具栏和标准工具栏中选择“Undo”工具。 快捷键:同时按住Ctrl+z。 重复操作,下列操作中两者选一: 1）在“Edit”菜单中,选择“Redo”。 2）在主工具栏和标准工具栏中选择“Redo”工具。 快捷键:同时按住Ctrl+Shift+z。,28,5. 3 取消操作 取消在ADAMS/View 中做的任何操作，如退出对话框或绘图操作,停止动画或仿真。 取消操作,在下列操作中两者选一： （1）在对话框上选择“Cancel”按钮。 （2）按住“Esc”键或选择在状态条上“Stop”工具。,29,5.4 退出ADAMS/View （1）在“

9、File”菜单中,选择“Exit”。 （2）如果没有保存工作,ADAMS/View 将询问是否保存工作: 保存工作并退出ADAMS/View,选择“OK”，如果想在当前目录中以新的名字保存模型,在“Filename”文字框中输入文件名。 退出而不保存工作,选择“Exit,Dont Save”； 继续使用ADAMS/View,选择“Cancle”。 注:如果退出ADAMS/View,而没有保存工作,通过使用aview.log 文件来恢复工作。,30,5.5 关于坐标系 1. 定义坐标系统 当第一次启动ADAMS/View 时,在窗口的左下角显示了一个三视坐标轴。该坐标轴为模型数据库的全局坐标系。

10、缺省情况下，ADAMS/View 用笛卡儿坐标系作为全局坐标系。 ADAMS/View 将全局坐标系固定在地面上。 也可将笛卡儿坐标系改为柱面坐标系或者球面坐标系。ADAMS/View 对于输入的 任何值以及其显示的值都使用缺省坐标系。对于输入和输出数据 ADAMS/View 也使用缺省坐标系。,31,2. 坐标系统类型 ADAMS/View 以三种不同的坐标系统来定义位置，下面三个图依次为：笛卡儿坐标系，柱面坐标系，球面坐标系。缺省情况下是笛卡儿坐标系。,32,笛卡儿坐标系 在笛卡儿坐标系中,输入x, y,和z 三个数值来指明位置的三个尺寸。 它们分别是坐标系统原点沿x 轴,y 轴和z 轴到

11、该点的距离。 柱面坐标系 在柱面坐标系中,用户指明r, 和z 来定义物体的位置： r -为从原点到该点在x y 平面映射点的距离； -为x 轴到原点和该位置在x y 平面映射点连线的夹角。该夹角对z 轴适合右手定则且为正值； z-为该位置点沿z 轴方向的距离。 球面坐标系 在球面坐标系中,通过定义, ,来指明位置： -为坐标系统原点到该位置的距离。 -坐标系统的z 轴与坐标系统原点和该位置连线的夹角。 -为坐标系统x y 平面到该位置的夹角,和柱面坐标一样。,33,3. 笛卡儿坐标系,柱面坐标系和球面坐标系之间的关系 三个不同坐标系中的数值关系如下所示: 笛卡儿坐标到柱面坐标：x=r cos；

12、y=r sin；z=z； 笛卡儿坐标到球面坐标：x=sincos；y=sinsin； z=cos；,34,5.6 局部坐标系 当创建零件时,ADAMS/View 给每个零件分配一个坐标系,也就是局部坐标系。零件的局部坐标系随着零件一起移动。利用局部坐标系可以方便地定义物体的位置。,35,5.7 复杂形体的建模 1. 线段的连接 运用连接线段功能，可以把一些简单的线段连接起来，形成复杂形状的面，然后可以利用回转等建模功能形成形状复杂的形体。 连接线段的过程如下： （1）绘制所需形状的线段，如：直线、圆弧等。并将这些被连接的线段两端接触，但不是封闭图形。在几何建模工具集中选取连接(Chain)工具

13、图标。 （2）用鼠标左键依次选取需要连接的线段，选取所有线段以后，按鼠标右键完成连接工作即可。,36,2. 实体之间的布尔运算 形状复杂的几何形体可以由若干个基本形体通过一定的方式组合形成。在ADAMS/View 建模过程中，一个Body 可以由多个不同的几何形体组成，在几何建模工具集，选取合并两个相交 的实体工具图标，对所选择的实体进行布尔运算。下表列出了ADAMS/View 提供的几种组合功能。,37,3.添加几何体细节结构 边缘倒角、边缘圆角、开孔、添加凸台、挖空或在外围添加材料,38,5 ADAMS约束、驱动,39,5.1约束简介 约束是用来连接两个部件使他们之间具有一定相对运动关系。

14、通过约束，使模型中各个独立的部件联系起来形成有机的整体。,40,5.2约束分类 基本副： 点重合约束（ATPOINT）、共线约束（INLINE）、共面约束（INPLANE）、 方向定位约束（ORIENTATION）、轴平行约束（PARALLEL_AXES）、 轴垂直约束（PERPENDICULAR）等 低副： 球铰（SPHERICAL）、虎克铰（HOOKE）、广义铰（UNIVERSIAL）、常 速度铰（CONVEL）、固定铰（FIXED）、平移副（TRANSLATIONAL）、 圆柱副（CYLINDER）、旋转副（REVOLUTE）、螺旋副（SCREW）、 齿轮副等 高副： 曲线曲线约束（CV

15、CV）、点曲线约束（PTCV）。 驱动： 按驱动加在对象类型上分：有点驱动和铰驱动；按驱动特点来分有：平移驱 动和旋转驱动。,41,5.3 常用的低副,42,43,5.4 约束工具,连接工具集,运动工具集,44,5.5 创建约束设置含义,45,5.6 修改运动副,鼠标右键 弹出式菜单 运动副 Modify命令,设置基本参数,定义运动,设置初始条件,46,6.1铰驱动的创建 （1）铰驱动类型 铰驱动有两种类型，分别如下： 移动类：一个部件的Z 轴为另外一个部件移动的方向；移动类 驱动用于平移副和圆柱副； 转动类：部件1 按右手规则绕部件2 的Z 轴旋转，转动过程中 两部件的Z 轴必须保持平行，转

16、动类驱动用于旋转副 和圆柱副。 （2）创建铰驱动 按照下列步骤创建驱动： 在主工具箱中选择转动驱动或者平移驱动。 在主工具箱下面出现初始值设置编辑框。对于转动驱动，缺省值为 30/s,平移驱动为10mm/s。用户也可以输入自己定义的值。 假如希望通过函数表达式或子程序来表示驱动，可将光标移至Speed 编辑框，单击右键，依次选择Parameterize、Expression Builder 命令。,47,6. 2修改铰驱动 假如想修改定义好的铰驱动，可以通过以下步骤进行： a、将鼠标移至驱动处，右击鼠标，在弹出菜单中选择需要修改驱动的名 字，在其子菜单中选择Modify。这时弹出修改铰驱动对话

17、框修改驱动名 称、铰。 b、 在Define using 下拉菜单中有两个选项：Function，表示可以用系统提供 的函数定义驱动；Subroutine，表示为用户自己编写的子程序表示驱动。 c、 在Type 栏中为驱动选择类型。下拉菜单中有三个选项：Displacement； velocity，选择该项后，在下面Displacement IC 编辑栏从灰变亮，这个 时候用户可以定义位移初始条件；Acceleration，选择该项后， Displacement IC 和Velocity IC 变亮。用户可以设置位移和速度初始条 件。 d、 需要注意的是：假如铰类型为旋转副或者平移副，Dire

18、ction 一栏是不 能改动的。,48,6 ADAMS施加载荷,49,7.1 基本概念 在ADAMS/View 中有四种类型的力，它们不会增加或者减少系统的自由度。这四类力分别如下： 外部载荷：定义时，必须用常值、 ADAMS/View 的函数表达式或 者连接到ADAMS/View 中 用户写的参数化子程序来说 明作用力； 柔性连接力：可以抵消驱动的作用。柔性连接力比应用力使用起来更简单，因为定义该类力时只需指定常量系数。弹簧阻尼器、梁、 衬套、场力等可以产生这类力； 特殊力：这类力有我们常见的重力和轮胎力等； 接触力：当模型系统运动的时候，部件在接触的时候，他们之间的相互作用力。 不论哪种类

19、型的力，在定义力时，需要说明是力还是力矩、力作用的构件和作用点、力的大小和方向。,50,1. 定义力 力的三要素是作用点、大小、方向。在ADAMS/View 中可以很方便的选择力的作用点，下面主要介绍一下力的大小和方向的定义： （1）定义力的大小三种方式： a、直接输入数值：对应用力来说，直接输入力或者力矩的大 小；对 柔性连接力来说，可直接输入刚度系数K、阻尼系数 C、扭转刚度系数KT、扭转阻尼系数CT 等。 b、输入ADAMS/View 提供的函数表达式：如位移、速度和加 速度函数，用以建立力和各种运动之间的函数关系；力函 数，用以建立各种不同的力之间的关系，如：正压力和摩擦 力的关系；数

20、学运算函数，如：正弦、余弦、指数、等函 数；样条函数，利用样条函数，可以由数据表插值的方法 获得力值。 c、输入子程序的传递参数：用户可以用FORTRAN、C 或C+ 语言编写子程序，定义力和力矩。,51,（2）定义力的方向 有两种方式定义力的方向： a、沿两点连线方向定义； b、沿机架一个或多个轴的方向。 2. 创建施加力 在ADAMS/View 中有两种方式可以进入创建施加力工具箱： 一种方式是从主菜单Build 菜单中，选择Forces 命令，显示创建力对话框。在对话框中选择施加力命令，然后在对话框的参数设置栏输入有关参数。 另一种方式是从主工具箱中右击快捷图标，在弹出子工具箱中选择需要

21、创建的力。力子工具箱列出了常用的力。,52,7.2 外部载荷的定义 ADAMS/View 中作用力类型 在ADAMS/View 中有三种类型的作用力： （1）单分量力或力矩：只能定义一个方向的力或力矩； （2）3 分量力或力矩：可以定义三个方向的分量力或矩； （3）广义力：可以定义三个方向的分量力和力矩。 在定义力时，必须指明是力还是力矩。可以定义力作用在一对部件上，构成作用力和反作用力。也可以定义一个力作用在部件和地基之间，此时反作用力作用在地基上，对样机没有影响。,53,2. 创建单分量力或力矩 （1）进入创建单分量力对话框， （2）在Run-time Direction 设置仿真运行时力

22、的方向特征，下拉 菜单中有三个选项： Space Fixed：指在部件运动的时候，力的方向不随部件的运 动而改变，力的反作用力作用在地面框架上， 在分析时将不考虑和输出反作用力。 Body fixed： 表示力的方向随部件的运动而改变，但是，相 对于指定的构件参考坐标始终没有变化。 Two bodies：表示力的方向为部件上两作用点连线方向，随两 部件的运动而变化。 （3）如果以上选择了采用Space fixed 或Body fixed 方式定义力的方 向，需要在Construction栏，选择力方向的定义方法： Normal to Grid：定义力在工作栅格平面内，如果工作栅格没有打开，则垂

23、直于屏幕； Pick Feature： 利用方向矢量定义力的方向。,54,2. 创建单分量力或力矩 （4）在Characteristic 栏，选择定义力值的方法，在这个下拉菜 单中有三种方式： Constant：选择该项下方出现力值输入框，为力输入一个 常值； K and C：对话框下方会出现K 和C 两个编辑框，可以选 择输入刚度系数和阻尼系数；这个选项 只有选择了Two bodies 的力作用方式后才会出 现。 Custom：采用用户定义的函数来表示力大小。 （5）用鼠标在图形区根据状态栏提示选择对象。注意，如果 选择了Two bodies 的力作用方式，首先选择的构件是产生 作用力的件，

24、其次选择的构件是产生反作用力的构件。 （6）假如用户在Characteristic 栏选择了Custom 这种方 式，在选择好作用对象和作用点后，会弹出修改 力对话框。可以利用修改力对话框，输入自定义函 数或自定义子程序的传递参数。,55,3. 多分量力和多分量力矩的定义 单项力或单项力矩是直接根据力或力矩的幅值和力的方向来定义的，另外还可以用力或力矩在坐标系的3个坐标轴上的分力来确定力的大小和力的方向。多分量力和多分量力矩包括三分量力、三分量力矩和它们的组合力，也就是广义力，多分量力和多分量力矩需要确定在坐标系的3个坐标轴上的每个分量的值，多分量力和力矩的定义过程与单项力和力矩的定义过程类似

25、，只不过需要输入多个力或力矩的分量值。,56,7 ADAMS仿真分析,57,7.1 样机仿真分析和试验 在ADAMS/View 中可以设置求解的类型，再由ADAMS/Solver 完成以下4 种类型的仿真分析，在ADAMS/View 中有四种分析类型，分别如下： （1）动力学分析 (Dynamic) 仿真分析自由度不为零的模型系统。其求解的数学模型包括微分方程和代数方程。 （2）运动学分析 (Kinematic) 仿真分析自由度为零的模型系统。求解的数学模型为代数方程。 （3）静态分析 (Static) 通过力平衡条件，求解构件在系统平衡状态下各种作用力的静态分析。 （4）装配分析 (Asse

26、mble) 用于发现纠正在装配和操作过程中的错误连接，以及不恰当的初始条件。 在分析过程中，用户只可以看到实时求解的结果，但求解过程实际上是ADAMS/Solver 在后台完成的。,58,7.2 仿真分析和试验工具,59,7.3 交互式仿真分析步骤 进行交互式仿真分析的步骤如下： （1）进入仿真分析控制工具对话框； （2）根据系统自由度或其他情况确定仿真类型。 假如为零，可以选择Kinematic 进行运动学 分析，假如不为零，选择Dynamic 进行动力 学分析，如果用户想进行静平衡分析可以选 择Static。当然最简单的是用户选Default， 由系统自动判断模型的自由度，并自动进行 选择

27、分析类型。,60,（3）设置时间。定义时间的时候，有两种选择，有两种选择： End Time 定义了仿真分析停止的绝对时间； Duration 定义了从开始仿真分析到停止分析的时间间隔。如果希望从 上一次分析结束的位置继续分析，采用Duration 定义仿真时间较为方 便，因为Duration 定义的是时间增量不是绝对时间，可以是任何值。 （4）设置步长： Step Size 为前后两步输出的时间间隔，即输出的时间步长。在使用时 应注意系统使用的时间单位，例如：当使用秒时，0.02 表示每秒输50 次。 Steps 表示在整个分析过程中总共输出的步数，例如，对一个总共5s 的 分析过程，如果定

28、义100 步输出，则每隔0.05s 输出一次仿真结果。 在设置输出步长时应该注意，步长太大将不能反映样机的高频响应。反之，步长过小会大大增长仿真分析时间，同时使得输出文件很大。,61,7.4 仿真求解设置 对于装配分析、静态分析、运动分析和动力学分析，均使用插值方法求解微分方程，在插值求解过程中，需要指定允许的误差，误差过大会导致仿真分析失败或出现错误的仿真结果。但如果仿真精度过高，仿真时间将延长。 在几种分析过程中，ADAMS/View 均设置了默认精度来控制差值误差。 初始状况分析(Initial Conditions)默认精度为1e10； 静平衡分析(Equilibrium) 默认精度为

29、1e4； 运动学分析(Kinematics)默认精度为1e4； 动力学分析(Dynamics)默认精度为1e3。,62,8 ADAMS后处理,63,8.1 ADAMS/PostProcessor 的用途 ADAMS/PostProcessor 在模型的整个设计周期中都发挥着重要的作用，其用途主要包括： （1）模型调试 在 ADAMS/ PostProcessor 中，用户可选择最佳的观察视角来观察模型的运动,也可向前、向后播放动画，从而有助于对模型进行调试。也可从模型中分离出单独的柔性部件，以确定模型的变形。 （2）试验验证 如果需要验证模型的有效性，可输入测试数据并以坐标曲线图的形式表达出来，然后将其与ADAMS 仿真结果绘于同一坐标曲线图中进行对比，并可以在曲线图上进行数学操作和统计分析。,64,8.1 ADAMS/PostProcessor 的用途 （3）设计方案改进 在ADAMS/PostProcessor 中，可在图表上比较两种以上的仿真结果，从中选择出合理的设计方案。另外,可通过单击鼠标操作,更新绘图结果。如果要加速仿真结果的可视化过程,可对模型进行多种变化。也可以进行干涉检验，并生成一份关于每帧动画中构件之间最短距离的报告,帮助改进设计。 （4）结果显示 ADAMS/PostProcessor 可