ADAMS 2020 虛擬樣機技術從入門到精通

陳峰華，副教授，從事機械設計及動力學仿真計算教學工作十餘年。目前主要從事結構動力學設計、精密機械設計及教學工作。精通ADAMS、MSC系列軟件、AutoCAD、Pro/Engineer等軟件，出版《ADAMS2016虛擬樣機技術從入門到精通》等多本計算機圖書。

第1章  ADAMS 2020簡介 1
1.1  ADAMS 2020新功能 1
1.2  ADAMS多體系統動力學的建模、分析和計算方法 2
1.2.1  廣義坐標的選擇 2
1.2.2  多體系統動力學研究狀況 2
1.2.3  多體系統建模理論 5
1.2.4  多體系統動力學數值求解 6
1.2.5  計算多剛體系統動力學自動建模 9
1.2.6  多體系統動力學中的剛性問題 9
1.3   ADAMS建模基礎 12
1.3.1  參考標記 13
1.3.2  坐標系的選擇 13
1.4   ADAMS運動學分析 14
1.4.1  ADAMS運動學方程 14
1.4.2  ADAMS運動學方程的求解算法 15
1.5   ADAMS動力學分析 15
1.5.1  ADAMS動力學方程 15
1.5.2  初始條件分析 19
1.5.3  ADAMS動力學方程的求解 20
1.6   ADAMS靜力學及線性化分析 21
1.6.1  靜力學分析 21
1.6.2  線性化分析 22
1.7   ADAMS求解器算法介紹 22
1.7.1  ADAMS數值算法簡介 22
1.7.2  動力學求解算法介紹 23
1.7.3  坐標縮減的微分方程求解過程算法 24
1.7.4  動力學求解算法特性比較 24
1.7.5  求解器的特點比較 25
1.7.6  剛性問題求解算法選擇 25
1.8   本章小結 26

第2章  ADAMS應用基礎 27
2.1  設置工作環境 27
2.2  ADAMS的界面 32
2.3  ADAMS的零件庫 33
2.4  ADAMS的約束庫 36
2.5  ADAMS的設計流程 40
2.6  創建物體 40
2.7  創建約束副 52
2.8  施加力 60
2.9  模擬和動畫 63
2.10  輸出測量曲線 64
2.11  本章小結 65

第3章  施加載荷 66
3.1  外部載荷的定義 66
3.2  柔性連接 68
3.3  在運動副上添加摩擦力 70
3.4  實例 72
3.4.1  實例一：齒輪接觸分析 72
3.4.2  實例二：小車越障柔性連接 74
3.4.3  實例三：射擊 77
3.5  本章小結 82

第4章  計算求解與結果後處理 83
4.1  計算求解 83
4.1.1  計算類型 83
4.1.2  驗證模型 84
4.1.3  模擬控制 84
4.1.4  傳感器 87
4.2  實例一：模擬類型與傳感器 88
4.2.1  設計要求  88
4.2.2  建模 88
4.2.3  模型運動初步模擬 92
4.2.4  存儲數據文件 92
4.2.5  生成地塊及添加約束 93
4.2.6  測量 94
4.2.7  生成傳感器 94
4.2.8  模型模擬 95
4.3   ADAMS後處理簡介 95
4.3.1  ADAMS/PostProcessor的用途 96
4.3.2  ADAMS/PostProcessor的啟動與退出 96
4.3.3  ADAMS/PostProcessor窗口介紹 97
4.4  ADAMS/PostProcessor使用技巧 97
4.4.1  創建任務和添加數據 98
4.4.2  工具欄的使用 99
4.4.3  窗口模式的設置 101
4.4.4  ADAMS/PostProcessor的頁面管理 101
4.5  ADAMS/PostProcessor輸出模擬結果的動畫 102
4.5.1  動畫類型 102
4.5.2  加載動畫 103
4.5.3  動畫演示 103
4.5.4  時域動畫的控制 103
4.5.5  頻域動畫的控制 104
4.5.6  記錄動畫 105
4.6  ADAMS/PostProcessor繪制模擬結果的曲線圖 106
4.6.1  由模擬結果繪制曲線圖的類型 106
4.6.2  曲線圖的建立 106
4.6.3  曲線圖上的數學計算 108
4.7  曲線圖的處理 109
4.7.1  曲線數據濾波 109
4.7.2  快速傅里葉變換 110
4.7.3  生成伯德圖 111
4.8  實例二：跳板振動分析 111
4.8.1  動力學模型的建立和模擬分析 111
4.8.2  採用ADAMS/PostProcessor建立和設置曲線圖 112
4.8.3  採用ADAMS/PostProcessor對曲線圖進行操作 114
4.9  實例三：加緊機構模擬後處理 115
4.9.1  細化模型 115
4.9.2  深化設計 121
4.10  本章小結 124

第5章  剛性體建模及模擬分析 125
5.1  建立模型 125
5.2  定義材料屬性 126
5.3  重命名部件 127
5.4  施加約束 127
5.4.1  創建固定副 127
5.4.2  創建旋轉副 128
5.4.3  創建平移副 129
5.4.4  柔性約束力 130
5.4.5  施加接觸 131
5.5  施加驅動 132
5.5.1  在車輪與車體之間施加轉動驅動 132
5.5.2  在平移副上施加移動驅動 133
5.6  求解器設置 134
5.7  模擬 135
5.8  後處理分析 136
5.9  實例一：弔車起弔過程分析 137
5.9.1  創建模型 138
5.9.2  定義材料屬性 138
5.9.3  重命名部件 139
5.9.4  施加約束 140
5.9.5  施加驅動 142
5.9.6  設置求解器 144
5.9.7  模擬 145
5.9.8  後處理分析 145
5.10  實例二：轉盤機構剛體建模及模擬分析 146
5.10.1  創建模型 146
5.10.2  查看約束 147
5.10.3  施加驅動 147
5.10.4  設置求解器 148
5.10.5  模擬 148
5.10.6  後處理分析 149
5.11  實例三：偏轉摩天輪多剛體動力學模擬分析 149
5.11.1  導入模型 149
5.11.2  定義材料屬性 151
5.11.3  重命名部件 152
5.11.4  渲染模型和布爾運算 152
5.11.5  施加約束 153
5.11.6  施加驅動 155
5.11.7  設置求解器 155
5.11.8  模擬 155
5.11.9  後處理分析 156
5.12  本章小結 158

第6章  剛-柔混合建模 159
6.1  離散柔性連接件 159
6.2  利用有限元程序建立柔性體 160
6.2.1  模態的概念 161
6.2.2  柔性體與剛性體之間的連接 161
6.2.3  柔性體替換剛性體 161
6.3  實例一：模態中性文件的生成及編輯 162
6.3.1  在ADAMS中導入MNF文件 162
6.3.2  編輯柔性體 163
6.4  實例二：鐵錘敲擊牆壁剛柔碰撞動力學分析 166
6.4.1  建立模型 166
6.4.2  定義材料屬性 167
6.4.3  渲染模型 168
6.4.4  施加約束 169
6.4.5  施加載荷 170
6.4.6  檢查模型 170
6.4.7  模擬計算 170
6.4.8  柔性體的替換與編輯 171
6.4.9  模擬計算 172
6.4.10  後處理 172
6.5  實例三：鐘擺機構剛體離散及動力學分析 173
6.5.1  創建模型 174
6.5.2  施加約束和驅動 175
6.5.3  模擬 176
6.5.4  創建柔性離散連桿 177
6.5.5  創建剛-柔體間的約束和驅動 177
6.5.6  模擬 179
6.5.7  後處理 179
6.6  本章小結 182

第7章  多柔體動力學模擬 183
7.1   多柔體系統及工程背景 183
7.2  多柔體系統動力學的突出問題 184
7.3  實例一：連桿機構柔體動力學模擬分析 185
7.3.1  創建模型 185
7.3.2  柔性化連桿機構 187
7.3.3  施加約束和驅動 189
7.3.4  模擬 189
7.3.5  後處理 190
7.4  實例二：風力發電機建模及風載模擬分析 192
7.4.1  導入並編輯模型 192
7.4.2  驅動 194
7.4.3  模擬 194
7.4.4  後處理 194
7.5  本章小結 197

第8章  機電一體聯合模擬 198
8.1  機電一體化系統模擬分析簡介 198
8.2  ADAMS/View控制工具欄 199
8.2.1  ADAMS中建立控制器的方法 199
8.2.2  使用ADAMS/View中的控制工具欄 199
8.2.3  控制模塊類型 200
8.2.4  產生控制模塊 201
8.2.5  檢驗控制模塊的連接關系 201
8.3  實例一：雷達機構的機電聯合模擬 201
8.3.1  ADAMS/Controls求解基本步驟 201
8.3.2  啟動ADAMS/Controls模塊 202
8.3.3  構造ADAMS機械系統樣機模型 202
8.3.4  確定ADAMS的輸入和輸出 205
8.3.5  控制系統建模 209
8.3.6  機電系統聯合模擬分析 213
8.4  實例二：滾動球體機電聯合模擬分析 215
8.4.1  打開以及瀏覽模型 215
8.4.2  創建控制系統 215
8.4.3  創建傳感器信號 217
8.4.4  創建激勵信號 218
8.4.5  編輯控制系統 219
8.4.6  用信號管理器連接信號 219
8.4.7  輸出面板 221
8.4.8  創建MATLAB控制系統 221
8.5  本章小結 223

第9章  ADAMS與其他軟件接口 224
9.1  三維建模軟件與ADAMS 224
9.1.1  Pro/E與ADAMS之間的數據傳遞 224
9.1.2  Solidworks與ADAMS之間的數據傳遞 225
9.2  UG與ADAMS之間的數據交換 226
9.2.1  UG與ADAMS共同支持的數據格式 226
9.2.2  實例：UG與ADAMS雙向數據交換 226
9.3  本章小結 232

第10章  ADAMS參數化建模及優化設計 233
10.1  ADAMS參數化建模簡介 233
10.2  實例一：參數化建模應用 23
10.2.1  雙擺臂獨立前懸架拓撲結構 234
10.2.2  系統環境設置 234
10.2.3  雙擺臂獨立前懸架參數化建模 235
10.3  實例二：前懸架機構優化設計分析 240
10.3.1  參數化分析的準備 240
10.3.2  設計研究 243
10.3.3  試驗設計 248
10.3.4  結果分析 255
10.4  本章小結 256

第11章  ADAMS振動分析 257
11.1   振動分析模塊簡介 257
11.2   實例一：剛性體衛星振動分析 257
11.2.1  建立模型 258
11.2.2  模擬模型 258
11.2.3  建立輸入通道 259
11.2.4  建立運動學輸入通道和激振器 262
11.2.5  建立輸出通道 263
11.2.6  測試模型 264
11.2.7  驗證模型 265
11.2.8  精化模型 268
11.2.9  優化模型 271
11.3   實例二：柔性體衛星振動分析 273
11.3.1  建立模型 273
11.3.2  模擬模型 274
11.3.3  建立輸入通道 275
11.3.4  建立運動學輸入通道和激振器 277
11.3.5  建立輸出通道 278
11.3.6  測試模型 279
11.3.7  驗證模型 280
11.3.8  精化模型 283
11.3.9  優化模型 286
11.4   實例三：火車轉向架振動分析 288
11.4.1  建立模型 288
11.4.2  模擬模型 288
11.4.3  定義設計變量 289
11.4.4  建立輸入通道 290
11.4.5  建立輸出通道 290
11.4.6  測試模型 291
11.4.7  後處理 292
11.5   本章小結 294

第12章  耐久性分析 295
12.1   耐久性簡介 295
12.2   實例一：氣缸-曲軸系耐久性分析 295
12.2.1  導入並熟悉模型 296
12.2.2  約束 296
12.2.3  驅動 296
12.2.4  加載耐久性模塊 297
12.2.5  模擬 297
12.2.6  後處理 298
12.3   實例二：斜面拉伸耐久性分析 303
12.3.1  導入並熟悉模型 303
12.3.2  傾斜 304
12.3.3  建立約束 305
12.3.4  創建載荷 305
12.3.5  加載耐久性模塊 306
12.3.6  模擬 306
12.3.7  後處理 307
12.4  實例三：懸臂梁耐久性分析 309
12.4.1  創建模型 309
12.4.2  查看模型信息 310
12.4.3  施加約束 311
12.4.4  施加載荷 312
12.4.5  加載耐久性模塊 313
12.4.6  模擬 313
12.4.7  重新單向力定義函數 314
12.4.8  重新模擬 314
12.4.9  後處理 314
12.5  本章小結 321

第13章  ADAMS二次開發 322
13.1  定製用戶界面 322
13.1.1  定製菜單 323
13.1.2  定製對話框 329
13.2  宏命令的使用 333
13.2.1  創建宏命令 333
13.2.2  在宏命令中使用參數 335
13.3  循環命令和條件命令 338
13.3.1  循環命令 338
13.3.2  條件命令 340
13.4  本章小結 342

第14章  ADAMS模型語言及模擬控制語言 343
14.1  ADAMS的主要文件介紹 343
14.2  ADAMS/Solver模型語言 344
14.2.1  ADAMS/Solver模型語言分類及其語法介紹 344
14.2.2  模型文件的開頭與結尾 346
14.2.3  慣性單元 346
14.2.4  幾何單元 347
14.2.5  約束單元 350
14.2.6  力元 352
14.2.7  系統模型單元 354
14.2.8  輪胎單元 355
14.2.9  數據單元 357
14.2.10  分析參數單元 359
14.2.11  輸出單元 360
14.3  ADAMS/Solver命令及模擬控制文件 362
14.3.1  ADAMS/Solver命令結構及分類 362
14.3.2  創建ADAMS/Solver模擬控制文件 368
14.4  本章小結 369

第15章  ADAMS用戶子程序 370
15.1  ADAMS用戶子程序簡介 370
15.1.1  用戶子程序的種類 370
15.1.2  子程序的使用 372
15.2  常用ADAMS用戶子程序簡介 374
15.2.1  使用GFOSUB用戶子程序實例 374
15.2.2  常用用戶定義子程序及實例 376
15.3  功能子程序 383
15.3.1  功能子程序概述 383
15.3.2  功能子程序SYSARY和SYSFNC 384
15.4  本章小結 387

第16章  車輛模擬與設計 388
16.1  創建懸弔系統 388
16.1.1  創建懸弔和轉向系統 389
16.1.2  定義車輛參數 390
16.1.3  後處理 391
16.1.4  推力分析 392
16.1.5  模擬結果繪圖 393
16.1.6  懸弔系統與轉向系統的修改 395
16.1.7  修改後的系統模型分析 395
16.1.8  分析結果 396
16.2  彈性體對懸弔和整車裝配的影響 397
16.2.1  創建懸弔裝配 397
16.2.2  創建彈性體 398
16.3  包含彈性體的整車裝配 399
16.4  本章小結 402

第17章  ADAMS/View及
ADAMS/Solver函數 403
17.1  函數類型及建立 403
17.1.1  建立表達式模式下的函數 403
17.1.2  建立運行模式下的函數 403
17.2  ADAMS/View設計函數 404
17.2.1  數學函數 404
17.2.2  位置/方向函數 405
17.2.3  建模函數 406
17.2.4  矩陣/數組函數 406
17.2.5  字符串函數 408
17.2.6  數據庫函數 409
17.2.7  GUI函數組 409
17.2.8  系統函數組 410
17.3  ADAMS/View運行函數及ADAMS/Solver函數 410
17.3.1  位移函數 410
17.3.2  速度函數 411
17.3.3  加速度函數 411
17.3.4  接觸函數 412
17.3.5  樣條差值函數 412
17.3.6  約束力函數 412
17.3.7  合力函數 412
17.3.8  數學函數 413
17.3.9  數據單元 413
17.4  函數應用實例 413
17.4.1  定義不同形式的驅動約束 413
17.4.2  定義和調用系統狀態變量 415
17.4.3  測量或請求的定義和調用 416
17.5  本章小結 416

附錄  ADAMS的使用技巧 417
參考文獻 423