adams-VIEW详细教程.pdf
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1、第 5 章 ADAMS/ViewADAMS/View 是 ADAMS 一个强大的模块,主要是用于前处理(建模)。它除了提供了强大的建模功能,同时也集成了仿真、优化分析的功能。通过对本章的学习,可以对 ADAMS/View 的主要功能及其操作步骤有一定的了解。51 ADAMS/View 简介ADAMS/View 是一个强大的建模和仿真环境,它可以建模、仿真并优化机械系统模型。ADAMS/View 可快速对多个设计变量进行分析直到获得最优化的设计。在ADAMS/View 中创建模型的步骤与通常创建物理模型的步骤是相同的。尽管列出的创建模型的步骤似乎是一次创建模型成功,然后再对模型进行测试并优化,但
2、建议在创建整个模型之前先建立并测试模型的小的元件或子系统。例如,先创建一些小的模型部件,把它们联系在一起,然后运行简单的仿真以测试它们的运动,确保它们运动正确。一旦模型正确,再在其上添加更复杂的模型。刚开始会进展缓慢,但能在开始下一步之前确保每个子系统工作正常,为后续工作作好铺垫。5.1.1 建模和仿真的步骤 建模和仿真的步骤大体上可以分为下面几步:(1)建模(Build):创建零件、约束零件、定义作用在零件上的力;(2)测试模型(Test):测试特征、进行仿真、察看动画、察看结果曲线;(3)验证模型(Validate):输入测试数据、在绘制的曲线图上添加测试数据;(4)模型优化(Refine
3、):添加摩擦、定义柔性体、施加作用力函数、定义控制;(5)迭代(Iterate):增加参变量、定义设计变量;(6)优化分析(Optimize):进行设计敏感性研究、完成试验设计、进行优化研究;(7)宏操作(Automate):创建用户菜单、创建用户对话框、以宏的形式记录并重新进行模型操作。5.1.2 创建模型1.模型元素类型复杂机械系统模型主要由部件、约束、力(驱动)、力元等要素组成。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
4、没有惯性属性。柔性部件与刚性部件唯一不同的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。2.创建部件创建部件有两种方式:一是通过在创建的机械系统中建立运动部件的物理属性来创建。部件分为刚性部件和柔性体部件,对这两种部件的创建方式有所不同。此外对具有不同几何实体类型的部件其创建方式也有所不同。刚体 ADAMS/View 提供几何构造工具和固体模型以便于创建刚体。也可以通过增加特性和进行布尔运算合并物体来优化几何形状。缺省情况下,ADAMS/
5、View 使用刚体的几何信息来定义其质量和转动惯量。也可以将质量和转动惯量以数值的方式输入。柔性体使用 ADAMS/View,通过创建间断的柔性连接件和输出载荷用来使用有限元工具。也可以通过使用 ADAMS/Flex 来导入复杂的柔性体工具。ADAMS/Flex 以物理模型测试的方式来考察这些物体。二是在 ADAMS/View 中导入用三维造型软件建立的模型。ADAMS/Exchange 用来导入CAD 几何信息以实际地观察模型的行为。ADAMS/Exchange 可从其他使用标准格式如IGES,STEP,DXF/DWGHE Parasolid 的 CAD 软件中导入几何图形。3.添加约束和驱
6、动约束被用来定义零件连接方式以及零件之间相对运动。ADAMS/View 提供了一个约束库,其中有:Idealized joints:如旋转副(hinge 铰链)或移动副(sliding dovetail 滑动榫头);Joint primitives:在相对运动上设置约束,如一个物体总是相对于另一个物体的平行移动约束;Motions generators:驱动模型以时间为函数运行一段距离,具有一定速度或加速度;Associative constraints:定义约束之间的运动,如配合或齿轮;Two-dimentional curve constrains:定义点或者曲线怎样沿另一条曲线运动。4.
7、增加力来控制零件运动施加力作用在模型上。这些力将引起零件运动在约束上的反作用力。ADAMS/View 提供作用力力库,其中包括:Flexible connectors:如弹性阻尼器和衬套;Special forces:如空气动力学作用力,提供经常遇见的预定义作用力;Applied forces:允许写入自己的方程式来代表力之间的关系。为了写好写方程式,它提供了一个功能函数编辑器,它能引导写出方程式,并能在将其添加到模型之前估计其函数值;Contacts:指出当模型运动中,物体之间在接触时所起的响应。5.1.3 测试并验证模型在创建模型之后和在创建中的任何时刻,都可以测试模型,以确保所创建模型的
8、正确性,并验证其系统特性。测试和验证模型可以按照以下步骤进行:1.定义输出结果(Measure)通过 ADAMS,我们可以得到我们想要了解的信息,如部件上某个点的位移、速度、加速度、所受的力等等,或者是施加在弹簧上的力或物体之间的距离或角度。这些信息的获得是通过定义测量来得到的。当进行模型仿真的时候,ADAMS 自动按加载在模型上的信息进行计算。计算的结果保存在测量中,用户可以实时观测到测量结果。2.仿真在创建模型之后或在创建模型的任何时刻,都可以进行仿真以验证模型。在仿真时,ADAMS/View 给模型提供了 MSC 公司的分析引擎 ADAMS/Solver,它能够解决模型的运动方程问题。A
9、DAMS/Solver 进行仿真时,ADAMS/View 演示模型的运动动画并显示测量对象的曲线图。ADAMS/View 提供了许多不同种类的仿真,包括动态仿真(计算模型的动态运动)、静平衡仿真等等,甚至能用 ADAMS/View 组装模型。3.查看仿真结果在仿真完成之后,可重新进行仿真的动画演示,在任何时刻暂停,或改变镜头角度。另外,也可以在 ADAMS/PostProcessor 中以曲线图的形式显示仿真结果。ADAMS/PostProcessor 可对所有指定的测量尺度绘制曲线,也可将仿真中 ADAMS/View 自动生成的结果以曲线的形式绘制出来。ADAMS/PostProcessor
10、 可对绘制的曲线进行放大操作,查看曲线上数据的统计结果如曲线的斜率或曲线的最大和最小值。4.验证仿真结果通过从机械系统的物理测试中导入数据结果,并将其与 ADAMS/View 中仿真的结果进行比较,以验证模型的正确性。也可将测试数据以曲线图的形式在 ADAMS/View 中绘制以便更直观的比较。5.优化模型在进行完最初的仿真以确定模型的最基本运动之后,可通过在其上增加复杂度来优化模型,如增加物体之间的摩擦,定义线性控制系统或通用状态平衡方程。也可通过将刚体改为柔性体或铰链改为柔性连接件来增加模型的真实性。为比较替代模型,通过建立随模型一同改变的自变量。自变量定义可以通过:设计点设计点以参数来表
11、示建立的物体、位置和方向之间的关系。这样有助于探究几何位置和模型机械布局上的影响。但改变设计点的位置时,所有定义与之相关的物体的位置也相应自动改变。设计变量设计变量改变模型的某一方面的特征。例如,能为一个连接的宽度或者弹簧的刚度定义一个变量。也可进行通过在一定范围内改变某一参数值来考察因该变量改变所引起的设计敏感性的设计研究。通过使用 MSC 公司的 ADAMS/Insight 能进行更复杂的试验设计。ADAMS/Insight 可设计复杂的试验来测试机械系统模型的性能。ADAMS/Insight 也提供了一套统计工具以分析试验的结果以便于能更好的理解如何优化并改进模型。5.1.4 优化模型A
12、DAMS/View 提供优化功能,通过这个功能可以找到哪些设计变量对样机具有较大的影响,并且能找到这些变量的值使样机的性能达到最优。它们是:设计研究帮助用户分析哪个设计变量对样机的灵敏度比较高。试验设计可以同时分析哪些设计变量对样机的影响大小及这些变量之间的联系。优化分析对那些对系统影响比较大的设计变量优化,在给定约束条件下找到他们的最优值使系统性能达到用户要求。5.1.5 用户化和宏功能用户化和宏功能用来定制 ADAMS/View 需要的方式工作,还可以模拟设定的设计环境。有四种主要的方式来定制 ADAMS/View。(1)定制图形界面:例如,能创建用户自己的菜单和对话框。(2)使用宏定义来
13、自动化工作:通过使用宏定义来完成复杂或重复性的任务来加速工作。也可编辑包含有设计参数的宏命令以加速定制和自动化建模过程。(3 3)创建自己的 ADAMS/View 可执行命令:创建的可执行命令能以不同的 ADAMS/View函数和可执行命令写成。(4)编制 ADAMS/View 启动文件:当 ADAMS/View 启动时,通过编制 ADAMS/View 能读进的文件。这些文件能自动加载模型,执行命令,或者改变菜单和对话框。5.1.6 启动 ADAMS/View1.启动 ADAMS/View有两种方式启动 ADAMS/View,用户还可以定制启动 ADAMS/View 的方式以及启动后的工作界面
14、。在在 UNIX 中启动中启动 ADAMS/View(1)在命令提示符后,输入命令以启动 ADAMS 工具栏,并按回车键。MDI 提供的标准命令是 adamsx,其中 x 是版本号,如 adams12,就代表 ADAMS12,然后出现 ADAMS 工具条;(2)单击 ADAMS/View 工具。在 Windows 中启动 ADAMS/View(1)在“Start”菜单中,指向程序“Programs”,指向“ADAMS12.0”,指向“Aview”,然后选中“ADAMS-View”;(2)启动 ADAMS/View 后,出现 ADAMS/View 主窗口,如下图 5-1 所示。如果是定制用户窗口
15、,则出现的窗口会是不同的。图 5-1 ADAMS/View 主窗口 在 ADAMS/View 主窗口中出现的基本元素包括:主工具箱、窗口标题栏、菜单栏、欢迎对话框、坐标系、状态条。2.创建新的建模任务当启动 ADAMS/View 时,ADAMS/View 显示一个欢迎对话框,有四个选项:创建一个新的模型、打开已存在的数据库(模型)、从文件导入、退出。当使“New Database”命令以创建新的模型数据库以保存模型时,ADAMS/View 也显示欢迎对话框。欢迎设置对话框如下图5-2所示:图 5-2 欢迎对话框使用欢迎设置对话框:(1)按用户需要,选择下列选项之一,然后选择“OK”。creat
16、e a new model以一个新的模型数据库来启动一个新的模型任务。open an existing database打开一个已存在的模型数据库。Import a file通过读入 ADAMS/View 命令文件或者 ADAMS/Solver 数据类型来开创一个新的模型任务。Exit退出 ADAMS/View 而不作任何操作。(2)设置工作目录。ADAMS/View 将保存所有文件于该目录中,也可以打开保存在该目录中已有的文件。可在任何时刻改变工作目录。(3)如果选择创建新模型,按以下步骤操作:在模型名字“Modal name”文字栏,输入要分配给新模型的名字。最多可输入 80 个字符。但不
17、包括特殊字符,如空格或句点。选择新模型的重力设置。可选择:Earth Normal设置向下的 1G 重力。No Gravity-关闭重力。Other设置重力。在在欢迎对话框上选择“Ok”后,出现重力设置对话框。为模型设置单位。在所有的预置单位系统中,时间单位是秒,角度是度。可设置:MMKS-设置长度为千米,质量为千克,力为牛顿。MKS设置长度为米,质量为千克,力为牛顿。CGS设置长度为厘米,质量为克,力为达因。IPS设置长度为英寸,质量为斯勒格(slug),力为磅。(4)选择“OK”ADAMS/View 创建一个新模型。如果创建模型时选择了设置重力,就会出现重力设置对话框。3.保存模型数据库
18、通过使用“Save Datebase”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,包括作的定制菜单和修改的界面。1选择下列操作之一:在“File”菜单中,选择“Save Database”。在标准工具栏,选择“Save Datebase”工具。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。2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,它会在文件扩展名后加一个百分号“%”(如:model.bin%)。No以当前数据库内
19、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。4.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。撤销操作撤销操作,下列操作中两者选一:(1)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+
20、Shift+z。5.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。6.退出 ADAMS/View(1)在“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 ADAM
21、S/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。5.1.7 定义建模环境当在 ADAMS/View 中开始一个新的任务时,它会要指明单位系统和重力来定义建模的环境。此外在工作的任何时候,可以重新定义建模环境。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。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
22、 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。2.坐标系统类型ADAMS/View 以三种不同的坐标系统来定义位置:笛卡儿坐标系(图5-3),柱面坐标系(图5-4),球面坐标系(图5-5)。缺省情况下是笛卡儿坐标系。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 轴到该点的距离。图 5-3 笛卡儿坐标系 图 5-4 柱面坐标系 图 5-5 球面坐标系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 xy 平面映射
23、点的距离;为 x 轴到原点和该位置在 xy 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 xy 平面到该位置的夹角,和柱面坐标一样。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;y=r sin;z=z;柱面坐标到球面坐标:x=sincos;y=sinsin;z=cos;4.设置缺省坐标系(1)按以下步骤操作:在设置“Settin
24、g”菜单中,选择“Coordinate System”。在“Move”工具栏中,选择“Coordinate System”工具,出现坐标系统设置对话框。(2)选择坐标系统类型。(3)选择坐标系统定向类型和选择持续。(4)选择“OK”。5.设置测量单位通过设置 ADAMS/View 用来定义尺寸的单位。ADAMS/View 自带有预定义的单位,在建模的任何时刻都可以 改变单位系统。(1)在“Setting”菜单中,选择“Units”。出现单位设置对话框图 5-6。3选择尺寸单位。MMKS设置长度为千米,质量为千克,力为牛顿。NKS设置长度为米,质量为千克,力为牛顿。CGS设置长度为厘米,质量为克
25、,力为达因。IPS设置长度为英寸,质量为斯勒格,力为磅。(3)选择”OK”。6.定义重力定义重力加速度的大小和方向。对于每个有质量的零件,重力作用点在其质心处。1按下列方式打开重力定义对话框:在“Setting”菜单中,选择“Gravity”;在“Create Forces”工具栏,选择“Gravity”工具。出现重力设置对话框如图 5-7。(2)按需要设置重力。参照全局坐标系,在 x,y 和 z 方向设置重力加速度;(3)选择“OK”。7.设置工作目录缺省情况下,ADAMS/View 在运行 ADAMS/View 的目录中搜寻和保存文件,也可改变工作目录。(1)在”File”菜单中,选择“S
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