第7讲参数化建模和仿真分析2013

1、2022-3-272l对需要重复建模和仿真的场合，运用参数化建模和分析对需要重复建模和仿真的场合，运用参数化建模和分析功能可大大地提高分析效率功能可大大地提高分析效率l方法：确定影响样机性能的关键输入值，然后对这些输方法：确定影响样机性能的关键输入值，然后对这些输入值进行参数化处理入值进行参数化处理 2022-3-273lADAMS/View提供了提供了4种参数化方法种参数化方法 u使用参数表达式（函数）使用参数表达式（函数） u参数化点坐标参数化点坐标 u运动参数化运动参数化 u使用设计变量使用设计变量 lADAMS/View提供了提供了3种类型的参数化分析过程：种类型的参数化分析过程： u

2、设计研究（设计研究（Design study） u试验设计（试验设计（Design of Experiments ，DOE） u优化分析（优化分析（Optimization） 2022-3-274l两种类型的函数：两种类型的函数：u设计过程函数（设计过程函数（Design-time functions）u运行过程函数（运行过程函数（Run-time functions）l设计过程函数：设计过程函数：u用于在优化和敏感性研究中构造参数化的样机模型用于在优化和敏感性研究中构造参数化的样机模型 u仅在样机的建模设计阶段才计算设计过程函数的值仅在样机的建模设计阶段才计算设计过程函数的值u数学函数、位置

3、和方向函数、模型函数、数组和矩数学函数、位置和方向函数、模型函数、数组和矩阵函数、字符串函数、数据库函数等阵函数、字符串函数、数据库函数等 l运行过程函数运行过程函数u用于定义仿真状态之间的数学关系，可以影响样机用于定义仿真状态之间的数学关系，可以影响样机在仿真过程中的表现在仿真过程中的表现 uADAMSADAMS仅在仿真分析过程中更新运行过程函数值仅在仿真分析过程中更新运行过程函数值 u包括：位移函数、速度函数、加速度函数、接触函包括：位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、作用力函数、产生力函数、数学函数、样条函数、作用力函数、产生力函数、数学函数、数据单元存取、用户自编子程序

4、调用、参数和数、数据单元存取、用户自编子程序调用、参数和变量等变量等 2022-3-2752022-3-276构造函数类型构造函数类型获得系统支持的函数的帮助获得系统支持的函数的帮助定义函定义函数区数区函数目录函数目录系统支系统支持的函持的函数列表数列表函数格函数格式提示式提示运算符运算符属性属性计算函数值计算函数值设置绘图限制设置绘图限制绘制函数图绘制函数图获得预先定义的数据获得预先定义的数据2022-3-277l有几种不同的进入构造函数对话框的方法有几种不同的进入构造函数对话框的方法 l分为表达式和运行过程函数两种工作方式分为表达式和运行过程函数两种工作方式 l表达式工作方式表达式工作方式

5、 :在需要生成表达式的各种场合进入构在需要生成表达式的各种场合进入构造函数对话框，程序显示的是表达式工作方式造函数对话框，程序显示的是表达式工作方式 u从文本输入框进入构造表达式对话框从文本输入框进入构造表达式对话框 u构造设计过程函数构造设计过程函数(Build(Build菜单菜单-Function )-Function ) u产生或修改要计算的测量产生或修改要计算的测量 (Build菜单菜单-选择选择Measure l运行过程函数工作方式运行过程函数工作方式 ：u文本输入框进入文本输入框进入 u产生或修改函数测量产生或修改函数测量 2022-3-278l数据类型数据类型 :整数（整数（In

6、teger）, 实数（实数（Real）, 字符串字符串（String）, 数据库对象（数据库对象（Object），）， 矩阵（矩阵（Matrix） l操作数操作数 :常数、符号常数、函数、数据库对象及其分量常数、符号常数、函数、数据库对象及其分量 l访问数据库访问数据库: : 用户可以访问数据库，从中查找需要的用户可以访问数据库，从中查找需要的数据，再利用这些数据库中的数据生成新的数据。例如：数据，再利用这些数据库中的数据生成新的数据。例如：根据一个构件的体积去计算另一个构件的体积；根据两根据一个构件的体积去计算另一个构件的体积；根据两坐标系的位置，计算连接的方向；根据对象的名称，获坐标系的位

7、置，计算连接的方向；根据对象的名称，获得下一层新对象的名称等得下一层新对象的名称等l运算符运算符: :算术运算符算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、关系运算符、逻辑运算符 l字符串字符串/矩阵的连接矩阵的连接运算符运算符 2022-3-279414. 12 符号常数符号常数值值符号常数符号常数值值TRUE /YES/ON1SIN45sin (/4)=0.0137 FALSE/NO /OFF0SQRT2 PI = 3.1415RTOD(180/)=57.2974HALF_PI/2 =1.5707 DTOR(/180)=0.0174THREE_HALVES_PI( 3)/2 4.7122VERSI

8、ON9.0TWO_PI26.283NONE0或空TIME当前的仿真分析时间MODE表示当前分析类型的整数表10-1 ADAMS/View的符号常数访问数据库采用根路径表示对象时，对象名称用点“.”开头，例如： .some_model.some_part.mass： 构件some_part的质量，实数 .model_1.title： 样机model_1的标题，字符串 .model_1.circle_1.sides： 圆环circle_1边的数量，整数 .model_1.part_1.location： 构件part_1位置的三维数组。 2022-3-2710l有两类设计过程函数：有两类设计过程函

9、数：u一种是用户自定义的函数，其中包括解释函数和编译函数。一种是用户自定义的函数，其中包括解释函数和编译函数。u另一种是另一种是ADAMS/ViewADAMS/View程序提供的函数程序提供的函数 l用户自定义的解释函数用户自定义的解释函数u由若干插入了表达式的文字语句组成，可以在由若干插入了表达式的文字语句组成，可以在ADAMS的命令的命令窗口产生窗口产生u使用解释函数时，使用解释函数时，ADAMS将用户的参数代入对应参数名称所将用户的参数代入对应参数名称所在的函数语句中在的函数语句中l用户自定义的编译函数用户自定义的编译函数 u用用C或或Fortran语言编写，然后通过编译同语言编写，然后

10、通过编译同ADAMS/View连接连接l系统提供的函数系统提供的函数uADAMS/View提供了二百多个设计过程函数提供了二百多个设计过程函数 2022-3-2711l数学函数（数学函数（Math Function） l位置和方向函数（位置和方向函数（Location/Orientation Function） uLOC_ALONG_LINE（O1,O2,D） 返回一个点的坐标，该返回一个点的坐标，该点在点点在点O1与与O2的连线上，且与点的连线上，且与点O1的距离为的距离为Dl建模函数（建模函数（Modeling Functions uDM（O1,O2）返回点返回点O1与点与点O2之间的距离

11、之间的距离l矩阵矩阵/数阻函数（数阻函数（Matrix /Array Function） l字符串函数（字符串函数（String Function） l数据库函数（数据库函数（Database Functions） l数据库函数组（数据库函数组（Database Functions Group） l系统函数组（系统函数组（System Functions Group） 2022-3-2712l位移函数（位移函数（Displacement FunctionsDisplacement Functions）、）、l速度函数（速度函数（Velocity FunctionsVelocity Functi

12、ons）、）、l加速度函数（加速度函数（Acceleration FunctionsAcceleration Functions）、）、l接触函数（接触函数（Contact FunctionsContact Functions）、）、l样条函数（样条函数（Spline FunctionsSpline Functions）、）、l对象函数中使用的力（对象函数中使用的力（Force in Object Force in Object FunctionsFunctions）l合力函数（合力函数（Resultant Force FunctionsResultant Force Functions）、）

13、、l数学函数（数学函数（Math FunctionsMath Functions）、）、l数据单元存取（数据单元存取（Data Element AccessData Element Access）、）、l用户自编子程序调用（用户自编子程序调用（User-Written User-Written Subroutine InvocationSubroutine Invocation）、）、l参数和变量（参数和变量（Constants & VariablesConstants & Variables）等）等 2022-3-27132022-3-2714lADAMS/View的表达式总

14、是置于前后两个圆括号之中，的表达式总是置于前后两个圆括号之中，表达式中可以包括：表达式中可以包括： u常数常数u标准的数学运算符和数学函数标准的数学运算符和数学函数u操作数操作数uADAMS/View定义的设计过程函数定义的设计过程函数u样机模型中的其他参考对象，例如：以上举例的样机模型中的其他参考对象，例如：以上举例的part_1构件的构件的质量质量（.model_1.part_1.mass）等）等u数据库调用数据库调用l表达式：直接在有关参数的文本输入框中输入，或利表达式：直接在有关参数的文本输入框中输入，或利用用ADAMS/View提供的函数构造对话框输入提供的函数构造对话框输入l弹 出

15、 式 菜 单 中 选 择弹 出 式 菜 单 中 选 择 P a r a m e t e r i z eP a r a m e t e r i z e 项 ， 再 选 择项 ， 再 选 择Expression BuilderExpression Builder命令命令 2022-3-2715l活塞力活塞力F=1000，方向与滑块运动的方向相反，方向与滑块运动的方向相反 uF = SIGN(10000，-VX(.pistonpump.piston.MAR_4)l风载荷的计算公式风载荷的计算公式 ： P=CqF，方向，方向uF=SIGN(1.3*DV_1*DV_4, DV_5) 式中：式中：DV_1

16、为迎风面积为迎风面积F, DV_4为计算风压为计算风压q，系数，系数C=1.3DV_5为方向控制参数为方向控制参数 l空气弹簧作用力空气弹簧作用力F=-1373 168/(168-x)uF=-1373*168/(168-dx(PART11.cm)2022-3-2716l模拟大车从静止开始作匀加速运动，模拟大车从静止开始作匀加速运动，9秒后到达额定速秒后到达额定速度度37.9米米/分钟分钟u大车轮施加如下的角速度大车轮施加如下的角速度驱动函数：驱动函数：u采用采用IF表达式：表达式：IF（表达式表达式1，表达式，表达式2，表达式，表达式3，表达式，表达式4）u=IF ( time-9 : 12d

17、*time , 108d , 108d )。u意义：仿真开始到意义：仿真开始到9秒，作匀加速转动，加速度秒，作匀加速转动，加速度12度度/秒秒2；9秒秒时，大车轮角速度时，大车轮角速度108度度/秒（即大车的额定速度秒（即大车的额定速度37.9米米/分分钟），之后就一直保持此速度作匀速直线运动。钟），之后就一直保持此速度作匀速直线运动。time2022-3-2717l对样机几何形体进行参数化处理的最简单方法是对特对样机几何形体进行参数化处理的最简单方法是对特殊点进行参数化处理殊点进行参数化处理 l根据样机几何结构的特点，设置若干点根据样机几何结构的特点，设置若干点l然后利用这些点产生一些新的构

18、件，或者将已有的构然后利用这些点产生一些新的构件，或者将已有的构件同新建立的点关联。件同新建立的点关联。l当这些特殊点的位置改变时，与其相关联的几何形体当这些特殊点的位置改变时，与其相关联的几何形体也将自动更新。也将自动更新。l如果将点的坐标进行参数化处理，则可以在一定程度如果将点的坐标进行参数化处理，则可以在一定程度上实现样机几何形体的参数化建模。上实现样机几何形体的参数化建模。2022-3-2718l参数化结构参数化结构参数化参数化A、B、C点点2022-3-27192022-3-2720l设计变量是一种非常有用的参数化分析工具，可以用设计变量是一种非常有用的参数化分析工具，可以用设计变量

19、定义用户自己的自变量参数，并将设计变量设计变量定义用户自己的自变量参数，并将设计变量同仿真对象相关联。同仿真对象相关联。l产生设计变量产生设计变量u使用产生设计变量对话框，使用产生设计变量对话框，u使用弹出式菜单中的使用弹出式菜单中的Create Design VariableCreate Design Variable命令。命令。l将点定义为设计变量举例将点定义为设计变量举例 2022-3-2722lADAMS/ViewADAMS/View提供了提供了3 3种类型的参数化分析方法种类型的参数化分析方法u设计研究、试验设计、优化分析设计研究、试验设计、优化分析l设计研究（设计研究（Design

20、 studyDesign study） u研究某个设计变量发生变化，或者取不同的值，样机的性能研究某个设计变量发生变化，或者取不同的值，样机的性能将会发生怎样的变化将会发生怎样的变化u对某个设计参数在一定范围内取若干值，然后自动地进行一对某个设计参数在一定范围内取若干值，然后自动地进行一系列的仿真分析系列的仿真分析u可以获得以下的分析结果：可以获得以下的分析结果： n样机有关性能可能的变化范围n样机有关性能的变化对设计参数变化的敏感程度n在一定的分析范围内，最佳的设计参数值2022-3-2723l试验设计（试验设计（Design of Experiments Design of Experim

21、ents ，DOEDOE）u多个设计变量同时发生变化多个设计变量同时发生变化u试验设计技术包括规划试验过程（因素、水平）和试验结果试验设计技术包括规划试验过程（因素、水平）和试验结果的统计分析等的统计分析等l试验设计（试验设计（DOE）方法提供了规划和分析一系列试验）方法提供了规划和分析一系列试验的工具，试验设计的基本步骤如下：的工具，试验设计的基本步骤如下：u确定试验的目的。例如，确定哪个设计参数对样机性能有最确定试验的目的。例如，确定哪个设计参数对样机性能有最大的影响大的影响u为待试验的样机选择一套参数（又称为因素），并确定测量为待试验的样机选择一套参数（又称为因素），并确定测量有关系统响

22、应的方法有关系统响应的方法u为每一个参数选择一套参数值（又称为水平）为每一个参数选择一套参数值（又称为水平）u采用不同的参数值组合，设计一套试验过程或步骤采用不同的参数值组合，设计一套试验过程或步骤2022-3-2724l优化分析优化分析u在满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内，通过自动在满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内，通过自动地选择设计变量，由分析程序求取目标函数的最大值或最小地选择设计变量，由分析程序求取目标函数的最大值或最小值值 u目标函数是数值表达式，可以表示质量、效率、总的材料成目标函数是数值表达式，可以表示质量、效率、总的材料成本、运行时间、所需的能量、样机的稳定性等

23、本、运行时间、所需的能量、样机的稳定性等 u设计变量可以是构件的几何尺寸、力的大小、构件的质量等设计变量可以是构件的几何尺寸、力的大小、构件的质量等l在优化分析过程中，程序能自动地调整设计变量，以在优化分析过程中，程序能自动地调整设计变量，以获得最大或最小的目标函数值获得最大或最小的目标函数值 2022-3-2725l控制变量的变化值及其范围控制变量的变化值及其范围u有有3种定义设计变量范围的方法：（例：变量值为种定义设计变量范围的方法：（例：变量值为5 ，实际变化范围是从，实际变化范围是从4到到6 ）u绝对变化范围：从绝对变化范围：从4到到6 u相对变化范围：从相对变化范围：从-1到到+1

24、u用百分数表示：从用百分数表示：从-20到到+20 u有两种控制变量变化的方法：修改设计变量对话框、有两种控制变量变化的方法：修改设计变量对话框、表格编辑器表格编辑器 2022-3-2726l测量目标对象的性能测量目标对象的性能u确定目标确定目标u使用测量（使用测量（首选）首选） u使用目标对象使用目标对象：n使用目标来定义对象的优点是可以定义多个目标，而测量仅可以定义一个目标n某个测量的最大值、最小值、平均值或最后一次运算的值 n一组测量分量的最大值、最小值、平均值或最后一次运算的值 nADAMS/View函数 nADAMS/View变量和宏 2022-3-2727图11-1 产生设计目标对

25、话框2022-3-2728l设置约束对象来限制优化分析的范围设置约束对象来限制优化分析的范围u使得优化分析在设置的约束范围内获得最佳结果使得优化分析在设置的约束范围内获得最佳结果 l产生仿真分析剧本产生仿真分析剧本u有三种类型的仿真分析剧本：简单运行剧本、有三种类型的仿真分析剧本：简单运行剧本、ADAMS/View剧本和剧本和ADAMS/Solve剧本剧本uADAMS/View剧本包含一个或多个剧本包含一个或多个ADAMS/View仿真命令仿真命令u详见详见8.3.3节节“按剧本进行仿真分析和试验按剧本进行仿真分析和试验” l确保分析结果正确（确保分析结果正确（造成意外主要原因如下）：造成意外

26、主要原因如下）：u ADAMS/Solver采用的容许计算偏差过大采用的容许计算偏差过大u计算的输出步长太大计算的输出步长太大u仿真分析过早结束仿真分析过早结束2022-3-2729l开始设计研究、试验设计开始设计研究、试验设计和优化设计和优化设计u菜单菜单SimulateuDesign EvaluationuDesign Study, DOE, Optimize l完成设计研究完成设计研究l完成试验设计完成试验设计l完成优化分析完成优化分析2022-3-2730l开始设计研究、试验设计开始设计研究、试验设计和优化设计和优化设计u菜单菜单SimulateuDesign EvaluationuDesign Study, DOE, Optimize l完成设计研究完成设计研究l完成试验设计完成试验设计l完成优化分析完成优化分析2022-3-2731l保存参数化分析结果保存参数化分析结果u在设置对话框选择自动地永久保存所有的参数化结果在设置对话框选择自动地永久保存所有的参数化结果 ，注意！注意！u有选择地保存参数化分析结果有选择地保存参数化分析结果 l删除参数化分析结果删除参数化分析结果l