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1、计算机仿真技术主讲教师：张春燕课件制作者：张春燕上次课重点内容回顾 MATLAB/SIMULINK主要用于工程领域的哪方面仿真？ SIMULINK和MATLAB相比，各有什么优缺点？ SIMULINK模块库按功能分为哪几类？ 信号通路中MUX和DEMUX的作用各是什么？ 根据下列系统的物理模型，建立其相应的数学模型，并 应用SIMULINK建立下列系统的仿真模型，并对上面的数 学模型求其传递函数，应用传递函数模型搭建对应的仿真 模型。m=5，k=2，c=1已知条件：假设系统处于零平衡位置，外力函数为幅 值为1 的阶跃函数。第6讲 用adams进行仿真简介u 本次课要求u 虚拟样机u adams
2、简介u 应用adams进行仿真实例u 小结u 作业u 本次课要求通过本次课学习，熟练安装、卸载adams软件，能应用adams进行建模、仿真，并能应用其它建模软件（如CATIA、PRO/E、UG等软件）进行建模后导入adams进行仿真。虚拟样机（Virtual Prototyping 简称VP）技术又称 为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪80年代，随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助 工程（CAE）技术。工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式 代替传统的实物样机实验。u 虚拟样机国内外虚拟样机的研究状况 l 目前，虚拟样
3、机在国内外处于发展阶段, 发达国家非常重视虚拟样机技术，它们不但重视虚拟样机技术的研究， 而且重视技术的应用。l克林顿政府批准了快速发展和推广虚拟样机技术的计划 支配给远景研究规划局和国防部的预算超过十亿美元。l美国宇航局和波音公司在开发军队最新最大的航空项目 Commanche时，大规模使用了虚拟样机技术。使 Commanche的开销大幅度降低。芬兰VTT电子公司正在从事消费类电子产品的VP研究，己开发了手机的虚拟样机。美国波音公司的波音777型飞机在设计开发过程中全面采用了虚拟原型样机技术，在没有建造一架物理原型样机的情况 下，节省了大量开发经费，开发周期由八年缩短到四年。而且，在虚拟样机
4、商业软件方面也发展迅速，成熟的如 MDI公司的ADAMS。美国B777的应用效果开发周期：8年4年成本降低：25100整机数字化设计世界垄断与霸主地位通用公司应用状况开发周期（48月24月 12月）碰撞试验（100次 50次）个性化定单 3小时通过在线采购降低成本10产品概念设计产品详细设计美国GM公司虚拟样机技术戴维陈是GM R&D虚拟样机（VP）的首席科学家，他的观点值得考虑： 虚拟样机是一个方向，同时也是一个渐进过程； 产品设计的所有要求，用数学模型创建后，一定要验证， 用试验验证； 关键是建模（Creating Model），且应在专家指导下进行；一个CAE虚拟仿真过程，是一个“无烟工
5、业”。 目前，虚拟仿真效果已为GM公司每年节省4亿美元资金投入。国内虚拟样机技术的研究尚处于起步阶段，主要是对虚拟样机概念和结构的研究， 对虚拟样机要求的相关技术， 如数据库技术、CADCAM技术、网络技术、分布交互仿真技术有一定的基础，但尚未发现支持虚拟样机的工具与环 境。总体来看，与国外相比还有很大差距。虚拟样机技术软件的介绍l 由于虚拟样机技术刚刚起步，国内外虚拟样机方面的软 件并不多, 目前世界范围内流行使用的机械系统的仿真软件有 ADAMS和比利时LMS的DADS（Dynamic Analysis and Design System）动力学分析和设计系统软件。l ADAMS是虚拟样机
6、技术的杰出代表，它全称是Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System， 即机械系统自动动力学分析系统。是美国MDI公 司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的一种机械动力学仿 真软件。目前已被美国MSC公司收购成为MSC /ADAMS 。ADAMS是虚拟样机的核心 是机械系统运动学和动力 学仿真技术,同时还包括三维CAD建模技术, 有限元分析技术，机电液控制技术，最优化等相关技术。应用它可以方便地建立参数化的实体模型，并采用多刚体系统动力学原理进行仿真计算。其建模仿真的精度和 可靠性在现在所有的动力学分析软件中名列前茅。u
7、adams简介u adams简介应用adams软件进行虚拟样机仿真的实例视频如下 ： 飞机起飞 汽车碰撞试验 履带运行 升降台性能、行程仿真 机械腿仿真 凸轮位移、速度和加速度轨迹测试 曲轴应力变化分析 仿真机器人1、2 ADAMS 软件包介绍 lADAMS软件包括3个最基本的解题程序模块：A/View(基本环 境)、A/Solver（求解器）和A/PostProcessor(后处理)。l另外还有一些特殊场合应用的附加程序模块，A/Rail(机车模 块)、A/Driver(驾驶员模块)、A/Tire(轮胎模块)、 A/Linear(线性模块)、A/Flex(柔性模块)、A/Controls（控
8、制模 块）、A/Car(轿车模块)、A/FEA（有限元模块）、 A/Hydraulics（液压模块）、 A/Vibrations(振动模块) A/Exchange(接口模块)、A/Animation（高速动画模块）等。机械系统动力学分析与仿真要经历物理建模、数学建模、问题求解和结果后处理几个阶段。物理建模是对实际机械系统进行抽象，用标准的运动副、驱动约束、力元和外力等要素建立与实际机械系统一 致的物理模型，这个过程中，对实际部件进行合理的抽象 与简化是操作关键。抽象之后的物理模型是计算多体系统 动力学研究对象。在三个基本的程序中，A/View提供了一个直接面向用户的基本操作对话环境和虚拟样机分
9、析的前处理功能。数学建模是指由物理模型根据计算多体系统动力学理论生成数学模型，问题求解是通过调用专门求解器实现的，求 解器对数学模型进行解算得到分析结果。数学建模和问题求解是分析与仿真中最复杂过程，所幸 的是，在ADAMS软件系统中，这两个过程是自动进行的，除了求解的控制界面外，内部过程对于用户是不可见的。A/Solver是求解机械系统运动和动力学问题的程序。完 成样机的准备工作之后， A/View可以自动调用A/Solver模块，完成样机的静力学、运动学或动力学的问题。完成仿真分 析后，又会自动回到A/View操作界面，因此一般的工程人员 可以将A/Solver看成是一个“黑匣子”，不需要知
10、道ADAMS内 部的运行，只要熟悉A/ View的操作界面就可以了。 得到分析结果之后，结果通常要与实验结果进行对比，这些对分析结果进行处理的过程是在后处理器完成的。后处 理器一般都提供了曲线显示、曲线运算和动画显示功能。ADAMS仿真分析结果的后处理，可以通过调用后处理模 块A/PostProcessor来完成。A/PostProcessor具有很强的后处理功能，可以回放各种仿真结果，可以绘制曲线， 还有它可以对仿真分析曲线进行 一些数学和统计计算；可以输入试验数据绘制试验曲线，同 仿真结构进行比较；可以进行分析结果曲线图的各种编辑。 ADAMS 软件的特点 （1）快捷方便的图形界面AVie
11、w 。通过简便的图标 菜单功能， AView、提供了一个直观的、强有力的建模造型和分析机械系统模型的环境；具有组装、分析和动态显示以及同一模型在不同的参数、不同的环 境下动态变化的能力；强大的数据处理功能和灵活方便的输出形式，而且可对仿真结果进行编辑。 （2）强大的建模和分析功能 具有三维的实体建模能力，具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，求解速度快而准确。分析类型包括运动学、静力学和完全非线性动力学分析，而且可进行多刚体和多柔性体的分析。具有约束库、力库、函 数库以及可生成用户定义的运动发生器， 从而使建模分析工 作更加迅速。通过使用函数表达式和用户自定义程序，可以使 ADAMS很容易适
12、用于特殊应用。（3）开放式结构。允许用户集成自己的程序， ADAMS 通过FORTRAN 、C、C等语言的程序与用户接口程序进 行数据交换，进入ADAMS求解器，可从求解器中输出数据。 具有与Pro/E、FEA和控制系统建模软件之间的专用接口 。如ADAMSIGES可将CAD中的实体模型转到ADAMS的模型中。ADAMS 可与其它有限元软件如ANSYS，NASTRAN之间通讯。 ADAMS软件仿真分析的基本步骤 样机建模创建构件 施加约束 施加载荷仿真分析测量特性 仿真输出 动画播放样机验证输入测试数据 数据曲线比较与试验结 果一致？完善模型否增加摩擦力，改进载荷函数； 定义柔性物体和连接；
13、定义控制重复仿真添加模块参数 定义设计变量优化分析进行设计敏感度研究 进行试验设计研究 进行优化设计研究设计自动化创建自定义菜单 创建自定义对话框 创建建模操作宏 ADAMS软件在工程应用事例 l 工程领域 应 用 l 航空航天 发射系统动力学研究制导系统设计和研究弹道和姿态动力学模拟零重量和微重量环境雷达/人造卫星设计轨道碎石和微陨石碰撞分析模拟飞船连接和俘获顺序 汽车工程 悬架设计汽车动力学仿真发动机仿真动力传动系仿真噪音、振动和冲击特性预测操纵舒适性和乘坐舒适性控制系统设计驾驶员行为仿真轮胎道路相互作用仿真 增加发动机、车身后 整车多体动力学模型以汽车前、后悬架 及转向机构为主的 多体动
14、力学模型汽车可操作性和乘坐舒适性仿真：铁路车辆及装备 悬挂系统设计磨耗预测轨道载荷预测货物加固效果仿真物料运输设备设计事故再现车辆稳定性分析临界车速预测乘员舒适性研究 大变形 碰撞仿真摆式车空调 通风仿真疲劳分析 仿真动力学 仿真气流噪声 仿真气动压力 仿真结构噪声 仿真双层车 模态仿真温度场 仿真D38轻量 化设计强度 分析制动及冲击 响应仿真工业机械 涡轮机和发动机设计传送带和电梯仿真卷扬机和起重机设计机器人仿真包装机械工作过程模拟压缩机设计洗衣机振动模拟动力传动装置模拟 工程机械 履带式或轮式车辆动力学分析车辆稳定性分析重型工程机械的动态性能预测工作效率预测振动载荷谱分析发动机尺寸确定、
15、载荷预测耐久性研究挖掘功率预测萤石碰撞效应 操作界面简介 ADAMS软件使用简介软件安装/卸载利用adams对机械系统进行仿真过程建模方式应用此软件对简单机械系 统进行仿真工作环境设置 ADAMS软件安装/卸载Adams2005软件安装说明lADAMS/View的启动 启动ADAMS/View有三种方式：1)从Windows开始菜单启动：”开始”“程序”“MSC.Software” “MSC. ADAMS2005”“Aview”“ADAMS/View”2)双击桌面上的快捷方式。3)从命令提示符下启动ADAMS2005 操作界面简介ADAMS/View启动之后会出现Welcome欢迎窗口。 操作界面简介ADAMS/View的界面介绍 启动ADAMS/View后，ADAMS/View关闭 Welcome对话 窗口，并进入ADAMS/View的主窗口界面。如图所示。 操作界面简介点线绘制实体绘 制布尔操作特征修饰参数设置Adams建模工具 操作界面简介约束工具虚约束工具运动工具约束工具状态参数 设置约束与运动工具集
