MSC Adams 多體動力學仿真基礎(chǔ)與實例解析（第二版）

中國水利水電出版社

【作者】湯滌軍張躍編著

【I S B N 】978-7-5170-5791-8

【責任編輯】楊元泓

【適用讀者群】科技

【出版時間】2017-09-13

【開本】16開

【裝幀信息】平裝（光膜）

【版次】第2版第1次印刷

【頁數(shù)】384

【千字數(shù)】589

【印張】24

【定價】￥72

【叢書】萬水MSC技術(shù)叢書

【備注信息】

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Adams是用于機械產(chǎn)品虛擬樣機開發(fā)設(shè)計的專業(yè)工具，也是一款經(jīng)典的多體系統(tǒng)動力學仿真軟件。

本書以Adams 2016版本為基礎(chǔ)，從剛體建模到柔體建模、約束添加，如包括各種常用鉸接、驅(qū)動、力元、接觸與摩擦等，對不同仿真控制方式、不同分析計算類型及相關(guān)求解器都做了相關(guān)說明，同時對傳感器的應(yīng)用，用戶自定義界面和宏操作，參數(shù)化設(shè)計，試驗設(shè)計和優(yōu)化計算進行了講解。另外，對一些專門應(yīng)用模塊工具進行了介紹，如齒輪模塊、履帶模塊、控制模塊、振動仿真分析模塊和機械工具包模塊，尤其是控制模塊可以和其他軟件如MATLAB和Easy5進行控制和液壓的聯(lián)合仿真，實現(xiàn)真正意義上的機電液一體化仿真。在新增的非線性柔性體分析方法中，機械工具包通過建模向?qū)Э蓪崿F(xiàn)齒輪、軸承、皮帶、鏈條、繩索、電機和凸輪的快速建模。本書所附光盤中包括書中實例的模型文件及Adams學生版軟件。

本書可以作為汽車、航空航天、軍工、造船和制造等行業(yè)工程技術(shù)人員應(yīng)用Adams軟件進行仿真分析的基礎(chǔ)教程，也可作為理工科院校相關(guān)專業(yè)的教師、學生學習Adams的參考書。

本書配有源文件，讀者可以到中國水利水電出版社網(wǎng)站和萬水書苑上免費下載，網(wǎng)址為http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.dgboyong.cn。

以Adams 2016最新版本為基礎(chǔ)

應(yīng)用范圍廣泛

實例全面，來源于實踐

操作流程詳細，由淺入深

幫助讀者快速提高應(yīng)用水平

第二版前言

隨著科技的發(fā)展與社會的進步，機械系統(tǒng)的構(gòu)造越來越復(fù)雜，并朝著高速運行和大型化及多回路和帶控制系統(tǒng)的方向發(fā)展，從而使得機械系統(tǒng)的動力學特性變得越來越復(fù)雜。比如，大型的高速機械系統(tǒng)各部件間的大范圍運動和構(gòu)件本身振動的耦合，振動非線性性態(tài)，沖擊、粘滑、錘擊等現(xiàn)象。這些動力學性態(tài)有些可以利用，有些必須加以控制與消除。因此，復(fù)雜機械系統(tǒng)的運動學、動力學與靜力學的性能狀態(tài)分析、設(shè)計與優(yōu)化在現(xiàn)代產(chǎn)品的設(shè)計過程中顯得尤為重要。

多體系統(tǒng)動力學涉及機械系統(tǒng)動力學及其控制等，這是重要的研究方向。這方面的理論經(jīng)過眾多科技人員的努力已經(jīng)形成了比較完善的體系，比如牛頓力學、拉格朗日方程和笛卡爾數(shù)學模型等。應(yīng)用這些理論知識，針對較為簡單、自由度數(shù)目較少的系統(tǒng)，通過巧妙地選擇廣義坐標，利用手工推導(dǎo)可以得到描述該系統(tǒng)的微分方程組。但是，對于我們現(xiàn)如今工程中復(fù)雜的多自由度系統(tǒng)，僅僅停留在手工處理階段的話，不僅效率低還很容易出錯，不能滿足工作要求。

隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算多體系統(tǒng)動力學作為該領(lǐng)域的新的分支學科得到了長足發(fā)展，應(yīng)用這種技術(shù)就可以很好地解決復(fù)雜機械系統(tǒng)性態(tài)分析的問題。

本書介紹的軟件Adams就是用于機械產(chǎn)品虛擬樣機開發(fā)設(shè)計時的專業(yè)工具，也是一款經(jīng)典的多體系統(tǒng)動力學仿真軟件。它以研究復(fù)雜系統(tǒng)的運動學和動力學關(guān)系為目標，以計算多體系統(tǒng)動力學為理論基礎(chǔ)，結(jié)合高速計算機對產(chǎn)品進行仿真計算，得到各種試驗數(shù)據(jù)，幫助設(shè)計人員發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。我們將其稱為虛擬樣機技術(shù)，就是在產(chǎn)品設(shè)計階段對其進行性能測試，從而保證生產(chǎn)出來的產(chǎn)品最大可能地滿足設(shè)計目標。它不僅能節(jié)省開發(fā)費用，還能最大限度地縮短開發(fā)周期，從而提高開發(fā)效率，是一種有效的設(shè)計手段，已經(jīng)得到了工程人員的普遍認同。

本書以Adams 2016最新版本為基礎(chǔ)，內(nèi)容包括軟件的操作基礎(chǔ)、Adams的理論基礎(chǔ)、虛擬樣機構(gòu)件建模、約束建模、載荷添加、后處理界面及數(shù)據(jù)曲線處理、剛?cè)狁詈戏治觥?shù)化設(shè)計及優(yōu)化分析、宏命令的使用、Vibration模塊振動分析、Controls模塊控制系統(tǒng)分析、ATV模塊履帶車輛仿真分析、Gear模塊齒輪建模仿真分析、獨立的汽車鋼板彈簧工具leaf tool、AdWiMo模塊風機建模分析、Car汽車專業(yè)模塊的懸架K&C分析與整車操穩(wěn)平順性分析、Adams Chassis專業(yè)底盤模塊及其中包含的嵌入式板簧建模工具、Adams Machinery機械工具包等。其中，控制系統(tǒng)分析包含Adams與其他軟件如MATLAB和Easy5進行控制和液壓的聯(lián)合仿真，實現(xiàn)真正意義上的機電液一體化仿真的操作流程及方法，剛?cè)狁詈戏治鲂略鯝dams非線性柔性仿真方法：有限元部件、Adams-Marc聯(lián)合仿真及嵌入式非線性模塊Adams MaxFlex，汽車鋼板彈簧工具新增Adams Car鋼板彈簧建模方法，Adams Machinery是全新的機械工具包。

本書在編寫過程中，得到陳志偉、董月亮、陳揚、李偉、陳火紅、仰純雯、田利思、孫丹丹、黃偉、王承凱的大力支持與幫助，在此表示感謝！

第二版前言
第一版前言

第1章 Adams/View基礎(chǔ) 1
1.1 Adams簡介 1
1.1.1 虛擬樣機技術(shù) 1
1.1.2 Adams模塊的構(gòu)成 2
1.2 Adams界面 3
1.2.1 工作路徑 3
1.2.2 歡迎界面 4
1.2.3 工作界面 5
1.2.4 常用窗口 6
1.3 設(shè)置工作環(huán)境 8
1.3.1 設(shè)置坐標系 8
1.3.2 設(shè)置工作柵格 9
1.3.3 設(shè)置單位 9
1.3.4 設(shè)置重力加速度 10
1.3.5 設(shè)置圖標 10
1.3.6 設(shè)置顏色 11
1.3.7 設(shè)置背景顏色 11
1.3.8 設(shè)置模型名稱 12
1.4 Adams理論基礎(chǔ) 12
1.4.1 廣義坐標選擇 12
1.4.2 動力學方程的建立與求解 13
1.4.3 靜力學、運動學初始條件分析 16
1.4.4 計算分析過程 17
第2章構(gòu)件建模 19
2.1 View中建模 19
2.1.1 構(gòu)件與構(gòu)件元素 19
2.1.2 創(chuàng)建構(gòu)造元素 20
2.1.3 創(chuàng)建實體元素 21
2.1.4 創(chuàng)建柔性體 23
2.1.5 添加特征 24
2.1.6 布爾操作 24
2.2 CAD導(dǎo)入建模 25
2.3 編輯模型 26
2.3.1 進入編輯窗口 26
2.3.2 修改外觀 27
2.3.3 修改名稱和方位 27
2.3.4 修改質(zhì)量信息 28
2.3.5 修改初始運動條件 29
2.4 實例：建模 29
第3章約束建模 32
3.1 定義運動副 32
3.1.1 低副（Joints） 32
3.1.2 基本副（Primitives） 34
3.1.3 耦合副（Couplers） 35
3.1.4 高副（Special） 36
3.2 實例：創(chuàng)建運動副（低副、高副和
基本副） 36
3.3 添加驅(qū)動 39
3.3.1 運動副上添加驅(qū)動 39
3.3.2 兩點間添加驅(qū)動 40
3.3.3 冗余約束 41
第4章力元建模 42
4.1 作用力定義 42
4.2 柔性連接力 44
4.3 特殊力 50
4.4 實例：創(chuàng)建力元（接觸，柔性連接） 51
第5章求解與后處理 54
5.1 求解器介紹 54
5.2 求解計算 55
5.2.1 計算類型 55
5.2.2 驗證模型 56
5.2.3 仿真控制 56
5.2.4 傳感器 60
5.3 實例：仿真腳本控制，傳感器設(shè)置 61
5.4 后處理 64
5.4.1 后處理工作界面及操作 64
5.4.2 后處理結(jié)果曲線繪制與動畫播放 66
第6章剛?cè)狁詈戏治?69
6.1 離散柔性連接件 69
6.2 有限元程序生成柔性體 71
6.2.1 MSC Nastran生成模態(tài)中性文件
MNF 71
6.2.2 導(dǎo)入MNF文件 72
6.2.3 編輯柔性體 73
6.2.4 剛?cè)徇B接 75
6.3 Adams/ViewFlex建立柔性體 75
6.3.1 拉伸法創(chuàng)建柔性體 76
6.3.2 利用剛性體構(gòu)件幾何外形創(chuàng)建
柔性體 77
6.3.3 導(dǎo)入有限元模型的網(wǎng)格文件創(chuàng)建
柔性體 78
6.4 有限元部件（FE Part） 78
6.4.1 創(chuàng)建FE Part 79
6.4.2 有限元部件結(jié)果后處理 80
6.5 Adams-to-Marc聯(lián)合仿真接口（Adams Co-Simulation Interface，ACSI） 81
6.5.1 ACSI概述 81
6.5.2 建立并運行Adams模型 82
6.5.3 建立并運行Marc模型 83
6.5.4 接口配置腳本 85
6.5.5 運行聯(lián)合仿真 89
6.6 Adams MaxFlex 92
6.6.1 創(chuàng)建非線性柔性體 92
6.6.2 非線性柔性體仿真的注意事項 94
6.7 實例：剛?cè)崽鎿Q 96
第7章參數(shù)化與優(yōu)化分析 100
7.1 參數(shù)化設(shè)計 100
7.2 模型參數(shù)化 102
7.2.1 Point點的參數(shù)化 102
7.2.2 Marker點的參數(shù)化 103
7.2.3 幾何體的參數(shù)化 104
7.2.4 函數(shù)的參數(shù)化 105
7.3 優(yōu)化計算與參數(shù)化 107
7.3.1 設(shè)計研究 107
7.3.2 試驗設(shè)計 107
7.3.3 優(yōu)化分析 108
7.4 實例 111
第8章宏與自定義界面 120
8.1 宏命令 120
8.1.1 創(chuàng)建宏 120
8.1.2 宏中的參數(shù) 122
8.1.3 語法格式 124
8.2 自定義界面 125
8.2.1 編輯菜單 125
8.2.2 編輯對話框 127
8.3 實例 128
第9章振動仿真分析 132
9.1 Adams/Linear與Adams/Vibration比較 132
9.1.1 計算方法 132
9.1.2 分析功能 133
9.1.3 對比實例 133
9.2 Adams/Vibration模塊說明 140
9.2.1 加載振動模塊 140
9.2.2 定義輸入通道和振動激勵 141
9.2.3 定義輸出通道 142
9.2.4 振動阻尼元件 143
9.2.5 振動分析計算 144
9.2.6 柔性體振動實例 145
第10章控制系統(tǒng)分析 151
10.1 Controls Toolkit 151
10.1.1 控制系統(tǒng)組成 151
10.1.2 定義控制環(huán)節(jié) 151
10.1.3 實例：利用Controls Toolkit建立
控制系統(tǒng) 152
10.2 Adams/Control 157
10.2.1 加載Adams/Controls 158
10.2.2 定義輸入/輸出 158
10.2.3 導(dǎo)出控制參數(shù) 159
10.2.4 實例 160
第11章履帶車輛仿真分析 172
11.1 Adams/ATV簡介 172
11.2 ATV建模元素 172
11.2.1 Track Wheel創(chuàng)建 174
11.2.2 Hull創(chuàng)建 175
11.2.3 Track Segment創(chuàng)建 176
11.2.4 Force創(chuàng)建 178
11.2.5 Actuator創(chuàng)建 178
11.3 實例 179
11.3.1 定義模板 179
11.3.2 建立整車 186
第12章齒輪仿真分析 192
12.1 Adams齒輪模塊簡介 193
12.1.1 Adams齒輪副 193
12.1.2 Adams/Gear Generator 193
12.1.3 Adams/GearAT 194
12.2 齒輪模塊建模元素 196
12.2.1 Adams/Gear Generator 196
12.2.2 Adams/Gear AT 200
12.3 實例 207
12.3.1 Adams齒輪副 207
12.3.2 Adams/Gear Generator 211
12.3.3 Adams/Gear AT 213
第13章獨立的鋼板彈簧工具 221
13.1 鋼板彈簧工具箱簡介 221
13.2 建模流程 221
13.2.1 通過OG profile創(chuàng)建板簧初始
幾何輪廓 221
13.2.2 創(chuàng)建板簧模型 223
13.2.3 運行準靜態(tài)分析 227
13.2.4 創(chuàng)建加預(yù)載荷的板簧模型 228
13.2.5 創(chuàng)建一個板簧裝配體模型 229
13.2.6 將板簧裝配體轉(zhuǎn)換為Adams/Car
的模板 229
13.3 實例 232
第14章風機仿真分析 238
14.1 Adams/AdWiMo簡介 238
14.2 Adams風機建模流程 239
14.2.1 通用風機設(shè)計向?qū)?240
14.2.2 塔筒前處理 244
14.2.3 葉片前處理 245
14.2.4 輪轂和主軸前處理 247
14.2.5 主框架和發(fā)電機框架前處理 248
14.2.6 創(chuàng)建風機屬性文件 248
14.2.7 創(chuàng)建風機 250
14.2.8 添加風載 251
14.3 實例 252
第15章 Adams/Car汽車專業(yè)模塊 262
15.1 Adams/Car簡介 262
15.2 懸架性能分析 263
15.2.1 懸架K&C性能分析工況 264
15.2.2 雙橫臂懸掛分析實例 270
15.3 整車操縱穩(wěn)定性分析 277
15.3.1 汽車操縱穩(wěn)定性分析工況 277
15.3.2 整車操穩(wěn)分析實例 286
15.4 整車平順性分析 290
15.4.1 平順性分析簡介 291
15.4.2 整車平順性分析實例 292
15.5 嵌入式的鋼板彈簧建模 297
15.5.1 嵌入式鋼板彈簧簡介 297
15.5.2 嵌入式鋼板彈簧實例 299
15.5.3 嵌入式的鋼板彈簧參數(shù)介紹 302
第16章機械工具包Adams Machinery 309
16.1 Adams Machinery簡介 309
16.2 齒輪傳動工具模塊Adams Machinery – Gear Module 310
16.2.1 齒輪副參數(shù) 311
16.2.2 齒輪副定義 314
16.2.3 齒輪副結(jié)果輸出 316
16.3 帶傳動工具模塊Adams Machinery –
Belt Module 317
16.3.1 皮帶輪、皮帶類型及幾何參數(shù) 317
16.3.2 皮帶張緊、皮帶纏繞及剛度參數(shù) 318
16.3.3 帶傳動系統(tǒng)建模 319
16.4 鏈傳動工具模塊Adams Machinery –
Chain Module 327
16.4.1 鏈輪、鏈條和張緊向?qū)缀螀?shù) 328
16.4.2 鏈傳動系統(tǒng)建模 331
16.5 軸承工具模塊Adams Machinery –
Bearing Module 339
16.5.1 軸承類型及幾何參數(shù) 340
16.5.2 軸承建模 345
16.6 纜索工具模塊Adams Machinery –
Cable Module 349
16.7 電機模塊Adams Machinery –
Motor Module 355
16.7.1 基于曲線模擬電機 355
16.7.2 解析法模擬電機 357
16.7.3 外部導(dǎo)入模擬電機 360
16.8 凸輪模塊Adams Machinery –
Cam Module 363
16.8.1 凸輪及從動件 363
16.8.2 凸輪系統(tǒng)建模 364
參考文獻 375

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