ADAMS柔性体运动仿真分析研究及运用.docx
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1、CAD/CAPP/CAM/CAEADAMS柔性体运动仿真分析研究及运用刘俊林砺宗刘小平王刚摘要 介绍ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中调入柔性体的儿种方法,着重分析如何在ADAMS中引入ANSYS模 态中性文件,构建机械系统仿貞模型。通过一个实例验证了 ADAMS柔性体运动仿宾分析的实效。关键词:ADAMS柔性体运动仿真ANSYS模态中性文件中图分类号:TP391-9文献标识码:A文章编号:16713133(2004)05 005303Study and application of ADAMS flexible body kinetic simulationLiu Jun Lin Li
2、zong Liu Xiaoping Wang GangAbstract InlixMluced the basic Iheoiy of ADAMS flexible Ixxly and some inethods of adding flexible bodies to a nuxlel to study ihr dynamic charactriistics of the mechanical syslrtn. Analyztrtl how to apply ANSYS iikmIc neutral file in ADAMSt constraelril mechanical system
3、simulation model. Tested the validity of 山e ADAMS flexible kinemalical simulation through an example.Key words: ADAMS Flexible body Kinetic simulation ANSYS Model neutnd file54现代制造工程2004 (5)机器人动力学仿真分析是机器人设计的重要内 容,过去分析时建立的模型,其构件都是惱于刚体,在 作运动分析时不会发生弹性变形。而实际上,在较大 载荷或加、减速的情况下,机构受力后会有较大的变形 和位移变化,产生振动。ADAM
4、S软件是著名的机械系 统动力学仿真分析软件,分析对象主要是多刚体,但 ADAMS提供了柔性体模块,运用该模块可以实现柔性 体运动仿真分析,以弹性体代换刚体,可以更真实地模 导柱孔一精皎斜导柱孔-钻4底孔一扩4底孔粗锂 4孔一精偉4孔至尺寸。CAIVCAM集成中的关键是子系统之间的数据 (信息)交换。在CAD/CAM系统之间信息交换的方 式(集成方式)采用统一的产品模型交换信息。笔者 在多种通用数据交换标准中选择了 IGES标准。这是 因为IGES标准(基本图形交换规范)是国际上产生最 早、目前应用最成熟、最广泛的数据交换标准,在交换 的过程中图形信息不容易去失。而模具零件的特点是 冇较多夏杂曲
5、面,采用其它标准其图形信息容易丢失, 使用IGES标准更有保障。各子系统的数据通过前齿处理,可转换成标准数 据格式文件,按照PRO/E建立起来的实体模型存为 PART格式的文件,必须进行文件格式转换才能得到 ICES标准的实体模型。而各子系统也可通过后处理, 将标准数据格式文件转换成木子系统所需要的数据。四、结语本文所述的阀体模具原先的设计加工方法均较简 单,设计时仅用手工绘出简图,粗加工多用普通机床, 精加工时采用线切割机床或彷形铳床,最后则通过配 拟出机构动作时的动态行为,同时还可以分析构件的 振动情况。一、ADAMS柔性体理论ADAMS柔性模块是釆用模态来表示物体弾性的, 它基于物体的弾
6、性变形是相对于连接物体坐标系的弹 性小变形,同时物体坐标系又是经历大的非线性整体 移动和转动这个假设建立的。其基本思想是赋予柔性 作或人工修磨复杂曲面。这样虽然也可以得到较好的 质最,但生产率低,对工人的技术水平要求也高。现经 采用CAD/CAM集成技术后收到较好效果,设计、制造 水平和生产率均上了一个台阶,这也正是模具制造业 创新发展的方向。本系统用人一机交互的方式,不片面追求集成的 自动化程度,在实用的前提下考虑其先进性,是当前一 种行之有效的实用型集成途径。参考文献1张沛欣.Pro/Engineei 2001高级攻略M.北京;人民邮电出 版社,20022思普信息技术冇限公司使用手册编辑部
7、】M .思普工艺设 计系统SIPM/CAPP3.0使用手册.上海,20003严烈.MasteiCAM应用基础教程M.北京:冶金工业出版 社,20014严烈.MasteiCAM模具设计实例宝典M.北京:地质出版 社.2001作為简介:沈荣辉,副教授,主要从爭CAD、CA、1的教学和科研 作者通讯地址:广西柳州市东环路广西工学院机械工程系 545006) 电话:(0772 ) 26870()7 2687202收稿日期:20040315 体一个模态集,采用模态展开法,用模态向量和模态坐 标的线性组合来表示弹性位移,通过计算每一时刻物 体的弹性位移来描述其变形运动。ADAMS柔性模块中的柔性体是用离散
8、化的若干 个单元的有限个结点自由度来表示物体的无限多个自 由度的。这些单元结点的弹性变形可近似地用少量模 态的线性组合来表示。如果物体坐标系的位苴用它在 惯性坐标系中的笛R尔坐标X = (x,y,z)和反映刚体 方位的欧拉角屮=(屮,。,b)来表示,模态坐标用(I = ql,g2,gm”。为模态坐标数),则柔性体的广义 坐标可选为:则柔性体上任一结点(如第I点)位置向最为:r, = x + 4( s, +(l),q) (1)式中,A为物体坐标系到惯性参考系的转换矩阵; Sj为结点I在物体坐标系中未变形时的位置。式(1)求导,可以得出该结点的移动速度为:dr; dx dA, , 、 .d(s,
9、+ 巾q) 约=dF = d?+d?(s*+)+/,二尤一/1(毎 +&g)s + A.q=E -A(+4, 1 (2)式屮,3为物体坐标系的佑速度向量;8为Euler 角的时间导数与们速度向量之间的转换矩阵:“ ”为 向量对应的对称矩阵。结点I的角速度也可以用物体的刚体角速度与变 形角速度之和来表示:(o, =(o + (bqci) (3 )式屮,妒为对应于结点I的转动自由度的模态矩 阵子块。ADAMS柔性体的建立在ADAMS中建立柔性体有两种方法:一种是利 用ADAMS的门动柔性化功能将已有刚性体模型转换 成柔性体;另一种是使用其它有限元分析软件生成模 态中性文件,然后在ADAMS中读入该
10、文件。1. 自动柔性化法ADAMS提供两种自动柔性件生成方法,对于外形 简单的构件,可以采用直接生成柔性件的方法,即拉伸 模(Extnision):对于外形复杂的构件,可以采用先建 刚性件,再进行网格划分的模A,即构件网格模式 (Solid)。1)在拉伸模式的柔性体的构建中,首先要确 定拉伸屮心线,再定义截面半径、元素大小、材料等,最 后定义好柔性体跟其它构件的连接点,就可以生成柔 性体。模型生成柔性件的同时生成模态中性文件,该 模态中性文件中包含了柔性件的质量、质心、转动惯 最、频率、振型以及对载荷的参数因子等信息。将模型 中原有的刚体件上的运动副修改在柔性件上,使柔性 件与模型上的其它构件
11、连接起来,同时删除无效的刚 性件。这样可以使模型保持原仃的自由度,从而实现 柔性构件的运动仿真运算。2)在构件网格模式的柔 性体的构建中,首先要定义柔性件的附苕点,即柔性件 与其它构件的连接点。定义好附着点后,需要在附着 点的附近的网格结点上选取适当数量结点作为力的作 用点,作用点的数量和位賞根据模型精度的需要来选 取。最后,将选取的结点转换成ADAMS的标识ID 后,就可以生成模态中性文件。2. 引入模态中性文件法ADAMS 口J以使用任何有限元模型作为ADAMS/ Flex 中的 柔 性体,如 MSC/N.ASTRAN、ANSYS、 ABAQUSJ-DEAS等有限元分析软件生成的模型。 A
12、NSYS可以直接生成1 N F (模态中性文件),而不会 产生中间数据文件。在ADAMS中导入模态中性文件 以后,A1) A MS/Flex会将柔性体放在整体惯性坐标系 的原点上,并且与模型中其它零件没有任何关系。接 下来要在柔性体与零件之冋施加约束、作用力,施加约 束、作用力时注意,有时要通过使用无质量(或者质量 非常小)连接物体来间接施加。三、ADAMS柔性体在焊枪悬臂运动仿真分 析中的应用1. 背景介绍上海某公司希望将U有锅炉管板焊接设备改造成 能自动定位、焊接的弧焊机器人。经调查研究,确定了 坐标式示教机器人方案,并对该机器人的步进电机数 控系统进行了精度分析,分析结果表明,控制系统误
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