《机电系统与仿真技术》课件4Adams仿真方法与基本操作

三、ADAMS软件包ADAMS/View（基本环境）ADAMS/Solver（求解器）ADAMS/Postprocessor（后处理器）ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Rail（机车模块）、ADAMS/Driver（驾驶员模块）、ADAMS/Tire（轮胎模块）、ADAMS/Linear（线性模块）、ADAMS/Flex（柔性模块）、ADAMS/Controls（控制模块）、ADAMS/FEA（有限元模块）、ADAMS/Hydraulics（液压模块）、ADAMS/Exchange（接口模块）、Mechanism/Pro（与Pro/Engineer的接口模块）、ADAMS/Animation（高速动画模块）

ADAMS基本应用程序ADAMS/ViewADAMS/SolverADAMS/PostProcessor基本环境求解器后处理ADAMS主模块：/Driver/Hydraulics/Driveline/Control/Flex/Linear/Tire/Exchange/Rail/Car/AnimationMechanism/ProADAMS附加程序模块

ADAMS/View：可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。首先建立运动部件（或者从CAD软件中导入）、用约束将它们连接、通过装配成为系统、利用外力或运动将他们驱动。ADAMS/View支持参数化建模，以便能很容易地修改模型并用于实验研究。用户在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动。这些就像做实际的物理试验一样。ADAMS/Solver:一个自动建立并解算用于机械系统运动仿真方程的，快速、稳定的数值分析工具。提供一种用于解算复杂机械系统复杂运动的数值方法。可以对以机械部件、控制系统和柔性部件组成的多域问题进行分析。支持多种分析类型，其中包括运动学、静力学、准静力学、线性或非线性动力学分析。使用稳定的建模方法可以对巨大的模型进行分析。

ADAMS/PostProcessor:显示ADAMS仿真结果的可视化图形界面。提供了一个统一化的界面，以不同的方式回放仿真的结果。为了能够反复使用，页面设置以及数据曲线格式都能保存起来，这样既有利于节省时间也有利于整理标准化的报告格式。可以方便地同时显示多次仿真的结果以便比较。

机械系统的组成零件静联接构件运动副机构零件零件零件零件零件构件静联接机构机器基本知识1、自由度

机械系统的自由度是指机械系统中各零件相对于地面所具有的独立运动的数量。欲使机构具有确定的运动，则其原动件的数目必须等于该机构的自由度。ADAMS中自由度（DOF）计算公式为DOF=其中n

－系统的部件数目（包括地面）；

－系统内各约束所限制的自由度数目。2、坐标系

ADAMS/View允许Cartesian（直角）、Cylindrical（圆柱）、Spherical（球）三种坐标系，默认情况下为直角坐标系。Cartesian（直角）Cylindrical（圆柱）Spherical（球）坐标系（coordinatesystem）的意义坐标系是定义运动学和动力学分析量必要的测试对象。11全局坐标系也就是绝对坐标系，固定在地面（GroundPart）上，是ADAMS中所有零件的位置、方向、速度的度量基准坐标系。零件的局部坐标系也称零件坐标系。在建立零件的同时产生，随零件一起运动，它在全局坐标系中的位置和方向决定了零件在全局坐标系中的位置和方向。标记坐标系可以把标记分为固定标记和浮动标记两类。固定标记相对零件静止，可用于定义零件的形状、质心位置、作用与约束的位置与方向等。浮动标记相对零件运动，某些情况下要借助浮动坐标系来定义作用与约束。ADAMS的坐标系：ADAMS在坐标系的运用上总共有三种形式:部件坐标系部件或零件坐标系(PCS)的定义生成可动部件时自动定义。每个部件只有一个部件坐标系部件坐标系的位置和方向通过相对于GCS的位置和方向来定义。坐标系标记点(Marker)坐标系标记点的定义（用来建立坐标系）属于一个可动部件并随部件一起运动。一个可动部件上可以包含若干个标记点。其位置和方向可以相对于GCS和PCS的位置和方向角度来定义。坐标系标记点的定义当需要一个唯一的位置，比如：一个部件质心的位置。几何外形的定位点。当需要一个唯一的方向，比如：可动部件的转动惯量的相对坐标轴的方向。约束的方向。施加载荷的方向的定义。在ADAMS/View中，按照缺省的方式，所有的标记点的位置和方向都是相对于GCS来定义的。

坐标轴旋转(EulerAngles)以Euler角系统定义部件的旋转方式，同时区分为Body-fixed,Space-fixedADAMS/View缺省值为Body[3,1,3]1--Xaxis

2--Yaxis

3--ZaxisPage

16部件和几何外形之间的关系部件定义可以相对于其它的物体运动的可动物体（刚性体或弹性体），该对象包含以下特性：质量转动惯量初始的位置和方向(PCS)初始的速度几何外形为了可视化的效果加在可动部件上，比如：长度半径宽度对于大多数的仿真分析来说，几何外形是不需要的注意：某些分析中包含碰撞问题，而碰撞力的定义需要依据几何外形来确定碰撞力的大小，有关这个问题，我们将在HatchbackIV部分进行讨论。ADAMS动力学分析如图所示，单摆的质量为M、惯量为I，杆长为2L,并在O点以转动副与大地相连接约束在大地的OXY平面内。在单摆质心处建立单摆的跟随坐标系――局部构件参考坐标系Op－Xp－Yp，其坐标在地面坐标系OXY中为（x，y），单摆的姿态角为θ。Page

18欧拉-拉格朗日法凯恩法在进行动力学、静力学分析之前，ADAMS会自动进行初始条件分析，以便在初始系统模型中各物体的坐标与各种运动学约束之间达成协调，这样可以保证系统满足所有的约束条件。初始条件分析通过求解相应的位置、速度、加速度的目标函数的最小值得到。Adams求解过程对于微分代数方程的求解，ADAMS采用两种方式求解，第一种为对DAE（微分代数）方程的直接求解，第二种为DAE方程利用约束方程将广义坐标分解为独立坐标和非独立坐标然后化简为ODE（常微分）

方程求解。DAE方程的直接求解将二阶微分方程降阶为一阶微分方程来求解，通过引入广义速率u，将所有拉格朗日方程均写成一阶微分形式。通常来说，微分方程的阶数越少，其数值求解稳定性就越好。积分程序逻辑牛顿-拉夫森（Newton-Raphson）3.2ADAMS/View建模仿真步骤:复杂机器仿真时要循序渐进完成几个零件的约束添加后就进行一次仿真

机械系统建模，添加约束。仿真初步分析，建立测量。仿真结果详细分析，绘制曲线。验证结果，与试验数据和理论对比。如果不一致，调整摩擦、载荷、和控制等参数。如果一致，重复仿真分析和优化设计。分析技巧：采取渐进的，简单逐步发展到复杂的分析策略不必过分追求构件几何形体的细节部分

先从分析线性（阻尼）开始

→非线性（阻尼）整个系统分解为若干子系统，先对子系统仿真分析和试验应该尽量减小系统的规模，仅考虑影响样机性能的构件

3.3启动ADAMS/View程序产生新的样机模型数据库

Createanewmodel

重力的设置，单位系统

打开已经保存的数据库

Openanexistingdatabase

输入ADAMS文件

Importafile

退出ADAMS/View程序

Exit启动时的ADAMS/View主窗口：视图方向主工具箱窗口名称栏菜单栏欢迎窗口工作屏幕区状态栏快捷工具栏3.4ADAMS/View程序屏幕ADAMS/View主窗口部分功能如下：主工具箱—展示各种常用命令的快捷键；命令菜单栏—包括了ADAMS/View程序的全部命令；快捷工具栏—设置了一些最基本的文件和编辑命令的快捷按钮；工作屏幕区—显示样机模型的区域；工作栅格—在工作区显示栅格的目的是利于建模；状态栏—显示操作过程中的各种信息和提示；坐标窗口—显示当前光标在三维坐标中的位置，按F4键可以显示坐标窗口；视图方向—显示表示当前系统的地面坐标系方向的三维坐标。在View菜单中选择ToolboxandToolbas项，显示Toolsettings对话框，可以设置打开或关闭主工具箱、快捷工具栏和状态栏。3.5ADAMS/View命令的基本操作选择和输入ADAMS/View命令有五种常用的方法1、主工具箱命令集有多个层次2、菜单栏3、弹出式菜单屏幕上的各种对象，例如：构件、标记、约束、运动、力等输入对话框中的文本输入栏后处理图标中的各种对象，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等4、快捷工具栏5、命令窗口3.5.1主工具箱主工具箱上部有12个图标是建模和仿真工具，下面的其他图标是视图工具。主工具箱中的命令集有多个层次，在主工具箱中所见的图标，是下一层次命令集合的默认命令，直接单击主工具箱中的图标，可以选择该默认命令。单击工具箱的现实浮动命令板工具图标可产生该命令集的浮动命令板。ADAMS/View工具列浏览：1234567891011121314151612345678910111213141516几何建模测量恢复/重做运动连接色盘移动动态浏览建构力元素前后视图动态旋转上下视图左右视图背景顏色视窗布置其他3.5.2命令菜单方式对于主工具箱中不包含的命令，可以在命令菜单栏中选择输入，有以下几种输入菜单命令的方法：用鼠标选择菜单中的有关命令；在按下Alt的同时，键入菜单标题中下划线的字母，选择有关菜单，再用同样的方法选择命令；按F10键激活File菜单，然后用箭头键来移动选择有关菜单和命令；使用命令快捷键。重要表单：File|OpenDatabase:开启格式为*.binFile|Import：导入*.cmd,*.adm,*.IGS等CADmodel,*.gra/req/res,数据档等。File|Export：导出*.cmd,*.adm,*.IGS等CADmodel,FEAloads。File|Print：列印功能，可输出PS格式。Edit|Appearance：提供物件透明度、隐藏、颜色等设定。Build|Model：可建构另一个model、删除、更名、切换等。Build|Flexiblebodies：分ADAMS/Flex,DiscreteFlexiblelink，ADAMS/Flex提供mnf档的输入，FlexibleLink提供各式断面特性之杆件。Build|Materials：新增材质。Build|DesignVariable：建立设计变量，供DOE,DS,OPT使用。Build|Measure：建立各种测量关系。Build|Function：建构各种函数关系式。Build|Dataelements：有Spline,matrix,curve,array。Build|Systemelements：有StateVariable,Differential/Transfer/LinearState/GeneralStateEquation。Review|CreateanAVImoviefile。Review|CreateTraceSpline：针对某一点(marker)绘制出模拟过程间的轨迹线。Settings|ForceGraphics：设定Force,Torque的比例及属性。Settings|Solver：设定求解过程中的细部设定，如：求解器的种类、公差、精度、除错、输出等设定。Settings|icons：设定Icons大小、颜色、显示/隐藏等属性。Settings|Fonts：自行设定。表3-1ADAMS/View使用的命令快捷键：快捷键功能说明快捷键功能说明F1显示帮助窗口Ctrl+e修改对象F3显示命令窗口Ctrl+z放弃最后一步操作F4显示坐标窗口Ctrl+q退出F5显示菜单g切换显示工作栅格F8显示绘图窗口r绕XY方向旋转视图Ctrl+n产生一个新的数据库t移动视图Ctrl+o打开一个已存盘的数据库w定义视图区域Ctrl+s保存当前的数据库c设置视图中心Ctrl+c复制对象f显示整个样机的视图Ctrl+v粘贴对象Del删除对象Ctrl+x剪切对象Esc放弃操作3.5.3弹出式菜单方式弹出式菜单选择和输入命令，是另外一种非常方便的输入和编辑方式，其中包括：建模过程中屏幕上的各种对象，例如：构件、标记、约束等，其中包括编辑、修改、命名、删除等各种相关命令；输入对话框中的文本输入框，对对象和文件名进行选择、浏览复制等操作；后处理图标中的各种关系，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等。3.5.4快捷工具栏该栏设置了一些最基本的文件和编辑命令的快捷按钮，按住右键，可以弹出这个图标所包括的所有命令的命令集。

选择将程序设置为i可以重新选择对象的状态重设读入新的数据库，重新设置样机保存将当前的数据库存盘复制复制所选的对象打印打印屏幕后退放弃最后一次的操作再后退再做一个后退操作颜色设置颜色命令集视图方向视图方向设置命令集图标命令说明表3-2快捷工具栏表3.5.5对话框通过命令菜单栏、弹出式菜单和快捷按钮等方式均可以进入数据对话框，对话框中可以包含文本框、选择框、滚动条、单选按钮、复选按钮和命令按钮等数据输入和选择方式。3.5.6鼠标的应用鼠标左键和鼠标右键左键:选择样机模型中的各种对象、选择菜单栏中的命令、快捷工具图标命令和对话框中的有关命令。右键:主要应用于激发各种弹出式菜单和工具集显示各种对象的弹出式菜单构件、标记、约束、运动、力等；输入对话框中的参数文本输入栏，显示输入参数的弹出式菜单；后处理过程中，显示曲线图中各种对象的弹出式菜单，例如：曲线、标题、坐标、符号标记等等；在主工具箱、快捷工具栏等工具图标集，显示所选择的工具图标集所有图标命令；打开弹出式菜单或工具集以后，按住右键，拖动鼠标拖至有关命令项，可以打开下一层弹出式菜单或选择命令。3.5.7命令浏览器窗口在Tools工具栏，选择CommandNavigator命令，可以显示命令浏览器窗口，如图3-1所示。其功能为：显示所有的ADAMS/View命令，如果需要输入某个命令的参数值，可以用鼠标双击命令名称，程序将显示该命令的输入对话框，在命令输入对话框中输入有关参数后，选择OK按钮，即可输入该命令。

图3-1命令窗口浏览器3.6数据库首次启动ADAMS/View时，程序会根据欢迎对话框中的选项，自动产生一个新的数据库或者打开一个保存的数据库。一个数据库中可以储存多个样机模型的所有信息，包括：几何模型、约束、仿真结果、分析图、自定义菜单和对话框等。保存当前数据库：使用保存命令，将数据库保存到一个二进制文件。默认条件下，所有文件均存放在C盘的根目录下

后退一步操作放弃已经执行的命令操作，向后退一步的功能，放弃最后一次操作，可以在Edit菜单中，选择Undo命令，或者在快捷工具栏中选择命令图标，如果要再次放弃操作，可以在Edit菜单中，选择Redo命令，或者在快捷工具栏中选择命令图标。取消操作

可以取消在ADAMS/View中进行的任何操作，方法有两种：a:在对话框中选择Cancle按钮

b:按Esc键，或者选择ADAMS/View窗口状态栏中的停止工具。3.7ADAMS/View命名层次和规则

命名由两部分组成：对象的性质和序号，中间用“_”连接对象的全名以根符号“/”或“.”开头，

数据库（/或．）视图机构图标XY图用户界面运动副构件运动力分析曲线菜单对话框标记几何形状结果数据

结果数据分量

例如：Model_1构件JOINT_1运动副.MODEL.PART_1.PT1\MODEL\PART_1\PT1

ADAMS/View的命名层次3.8视图窗口设置3.8.1选择视图窗口

12种不同的视图窗口布置方式，最多可以同时显示6个视窗。在开机默认的是样机的主（前）视图。可以通过工具箱中的WindowLayout工具命令集选择所需的视图窗口布置方式，如图所示。在多窗口布置方式下，仅有一个窗口是活动的。可以用鼠标左键单击某一窗口内的任何地方将其激活，然后编辑和修改视图。图3-2WindowsLayout3.8.2改变窗口中的视图方向

7种预先设置好的视图方向，即：前、后、左、右、顶、仰和正投影，如表所示。改变某个窗口中的视图方向的方法：a:首先将该窗口激活，然后利用主工具箱中的视图方向工具集

b:在View菜单中,选择Pre-set项,再选择不同的视图方向。前视图后视图左视图右视图顶视图仰视图正侧视图图标视图方向3.8.3正侧投影图和透视图设置透视图有两种方法：a:在主工具箱底部，选择Depth按钮；

b:在View菜单下，选择Projection项，然后选择Perspective命令。在透视方式下，按以下步骤改变透视程度：在主工具箱的Translate工具集中，选择TranslateZ工具；将鼠标放在视图窗口内，按住鼠标左键不放；在窗口内上下拖动鼠标，即可增大或减小透视度；当透视度调整到适当的程度后，松开鼠标左键即可。3.8.4移动和旋转视图

移动和旋转视图的方法：

a:利用主工具箱的移动和旋转图标命令

b:从View菜单中的Position/Orientation项，获得移动或旋转命令。移动和旋转命令移动命令旋转命令

3.8.5设置视图中心

设置视图中心的作用是将模型中的一个特殊点移到窗口中心，以便进行以后的操作，设置视图中心的步骤为：在主工具箱中，选择Center工具；用鼠标左键单击希望成为窗口中心的点，程序自动将改点设置为窗口中心。3.8.6缩放视图有三种常用的缩放视图方法：动态改变活动窗口。主工具箱中的ZoomIn/Out工具可以实现无定量放大缩小视图；如果结合增量文本栏Increment，可以实现定量放大缩小视图；选择放大区域。选择ZoomBox工具，放大指定的视图区域；显示整个系统。选择主工具箱中的Fit工具，可以使当前活动窗口显示所绘的整个系统。3.9显示方式设置3.9.1设置构件和模型的显示方式显示当前样机数据库中的某一个样机，或者显示样机中的一个特定构件。选择样机步骤：在View菜单中选择Model命令；或者在Build菜单中选择Model，然后选择Display命令。数据库浏览器显示数据库中的所有样机，选择要显示的样机，然后按OK按钮。选择特定构件步骤：在View菜单中选择PartOnly命令，在显示了当前样机所有构件的数据库浏览器中选择要显示的构件，然后按OK按钮。3.9.2设置背景颜色设置背景颜色有两种方法：在Setting菜单中选择ViewBackgroundColor命令，ADAMS/View将显示一个背景颜色对话框，可以选择其中的一种颜色，也可以通过对话框提高的调色条，自定义背景颜色。在主工具箱中，选择BackgroundColor命令集，从中选择背景颜色。3.9.3模型显示方式设置ADAMS/View提供了6种样机模型显示方式，即：线框式(Wireframe)、实体(SolidFill)、有阴影的实体(Shaded)、精确填充方式(PrecisionFill)、精确的有阴影实体方式(PrecisionShaded)、光滑的有阴影实体方式(SmoothShaded?)。设置模型显示方式有3种：在View菜单中选择RenderMode命令；在主工具箱中，选择Render按钮；运用主窗口中的弹出式菜单。其中后两者方法只适用于选择线框式和有阴影的实体两种显示方式。3.9.4设置工作栅格作用：在工作栅格平面上绘图，并且，在绘制、移动、修改几何形体时，几何形体的实际尺寸将自动圆整到栅格上。4种显示方式：Dots参数表示是否显示栅格的交点，同时也可以设置栅格交点的颜色和尺寸；Axes参数表示是否显示栅格的轴线，同时也可以设置栅格轴线的颜色和粗细；Lines参数表示是否显示栅格线，同时也可以设置栅格线的颜色和粗细；Triad参数表示是否在工作栅格中心设置坐标图标。设置工作栅格步骤：在Settings菜单中选择WorkingGrid命令；或者，在主工具箱中的Move工具集中，选择WorkingGrid工具，屏幕将显示工作栅格设置对话框；在显示设定选择框，选择是否要显示工作栅格；选择栅格的类型，矩形(Rectangular)或者极坐标(Polar)形式；选择和输入栅格平面的尺寸(Size)、栅格的间距(Spacing)。选择显示对象，及其颜色(Color)和宽度(Weight)。设置栅格平面的位置和方向。在笛卡尔坐标系下，栅格平面的中心放置在视图窗口的中心。可以采用定义几个通过栅格平面的点的方法，设置栅格平面的方向。选择OK按钮。在建模过程中，可以通过主工具箱中的Grid按钮，设置是否显示栅格平面。显示设定选择显示对象设置栅格方向设置栅格位置设置栅格类型、尺寸、间隔图3-3工作栅格设置对话框3.9.5设置图标首次启动ADAMS/View时,程序会显示所绘样机所有对象的图标，根据需要可以打开或关闭：a:所有的图标；b:某种类型的图标；c:某些对象的图标。在Settings菜单中选择Icon命令，打开图标设置对话框，如图所示：在建模过程中，可以通过主工具箱中的Icons按钮，设置是否显示图标。图3-4图标设置对话框设置图标尺寸设置不同类型对象的图标3.9.6显示视图辅助信息启动ADAMS/View时，程序根据默认设置显示视图辅助信息，以帮助管理模型的视图。这些视图辅助信息包括工作栅格、对象图标、视图方向坐标和视图标题。根据需要可以关闭当前某些视图辅助信息，有两种方法：使用命令菜单，步骤：选择希望改变视图辅助信息的窗口；在View对话框，选择ViewAccessories命令，显示视图辅助信息选择对话框；在工作栅格(WorkingGrid)、对象图标(ScreenIcons)、视图方向坐标(ViewTriad)、视图标题(ViewTitle)等复选栏，根据需要选择或清除选择；b:使用主工具箱的切换工具集。3.9.7坐标窗口操作坐标窗口显示当前光标在地面坐标系的坐标位置，在几何建模过程中，显示坐标窗口可以有助于准确地绘制模型，显示坐标窗口的两种方法：在View菜单，选择CoordinateWindow命令，或者按F4键；在主工具箱的切换工具集，选择坐标窗口图标命令。

图3-5坐标视窗3.10定义操作环境3.10.1定义地面坐标系默认:笛卡儿坐标系作为地面坐标系,313旋转系列,设置默认坐标系的方法：在Settings菜单，选择CoordinateSystem命令。或者在主工具箱的移动对象命令集，选择坐标系工具显示设置坐标系对话框，如图3-6所示。

图3-6设置坐标系对话框在LocationCoordinates栏，选择坐标系类型；在RotationSequence栏，选择坐标的旋转系列；选择方向坐标类型，定位于空间的旋转（Space—fixed）或定位于构件的旋转（Body—fixed)；选择OK按钮。3.10.2单位设置ADAMS/View有6个基本的度量单位：长度、质量、力、时间、角度、频率。另外程序中预设了4个度量单位系统，如表3-3所示。表3-3ADAMS/View预设的单位系统单位系统长度质量力时间角度频率1MMKS毫米公斤牛顿秒度弧度/秒2MKS米公斤牛顿秒度弧度/秒3CGS厘米克达因秒度弧度/秒4IPS英寸斯磅力秒度弧度/秒开机时，程序默认的单位系统是MMKS。根据具体的模型可以修改单位系统，修改单位方法：在Settings菜单中选择Units命令，打开单位设置对话框，如图3-7所示；在单位设置对话框的下方，有4个命令按钮，