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1、江MAfJIANGSUUNIVERSITY基于ADAMS的虚拟样机技术的发展与应用DevelopmentandApplicationofVirtualPrototypingTechnologyBasedonADAMS所属学院汽车与交通工程学院课程名称车辆系统建模与仿真专业班级研车辆1501姓名杨阳阳任课教师王国林汽车与交通工程学院基于ADAMS的虚拟样机技术的发展与应用杨阳阳汽车学院，研车辆1501，S1504016摘要：虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度。ADAMS(AutomatedDynamicAnalysisofMechanic
2、alSystems是虚拟样机的代表，提供了模拟物理系统运动过程的仿真分析环境，可以全面地仿真现实制造活动中的人、物、信息及制造过程。本文在介绍ADAMS的基础上，研究并论述了虚拟样机技术的概念、特点及其关键技术，结合虚拟样机技术的国内外发展、研究情况和典型应用，分析了虚拟样机技术在我国相关领域的发展与应用前景，关键词：虚拟样机；ADAMS；仿真；典型应用；ClassificationApplicationandDevelopmentTrendofautomotiveelectroniccontroltechnologySchoolAutomotiveandTrafficEngineering,
3、class1501,S1504016Abstract:VirtualPrototypingistheprototypemodelbuiltonthecomputersystemorsubsystem,whichhasthefunctionofphysicalprototypesratherfidelitytoacertainextent.ADAMS(AutomatedDynamicAnalysisofMechanicalSystems)istherepresentativeofvirtualprototyping,whichprovidesasimulationenvironmenttosim
4、ulatephysicalsystemmovement.Besides,itcanfullysimulaterealactivitiesofhuman,material,informationandmanufacturingprocess.Inthispapertheconcept,characteristicsandkeytechnologiesofvirtualprototypingtechnologywerestudiedanddiscussed.AftertheintroductionofADAMS,incombinationofdomesticandinternationaldeve
5、lopmentofvirtualprototypingtechnology,researchprogressandtypicalapplication,itsdevelopmentofrelatedfieldsandapplicationprospectswereanalyzed.Keywords:VirtualPrototyping;ADAMS;Simulation;typicalapplication;目录1. 基于ADAMS的虚拟样机技术的发展与应用1引言1虚拟样机技术的发展22.1国外发展历程22. 2.2国内发展历程2ADAMS软件33.1ADAMS软件介绍33.2ADAMS软件模块
6、33.3ADAMS设计一般流程43.3.1 建模43.3.2 验证模型43.3.3 完善模型53.3.4 迭代53.3.5 优化53. 完成仿真5ADAMS/CAR在车辆建模中的应用5总结7参考文献81. 引言虚拟样机是建立在计算机上的原型系统或子系统模型，它在一定程度上具有与物理样机相当的功能真实度I。虚拟样机技术(VirtualPrototyping,VP)是一门综合多学科的技术，它的核心部分是多体系运动学与动力学建模理论及其技术实现。是指在产品设计开发过程中，将分散的零部件设计和分析技术融合在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的
7、整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的一种较新的建模技术。虚拟样机技术由上世纪80年逐渐兴起，从国内外对虚拟样机技术的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。传统的机械系统产品设计通常采取的是图纸设计、样机制造、测试改进、定型生产这样一种串行的设计模式，中间要经过好几个步骤，为了使最终的产品满足最初的设计要求，往往要多次制造样机、反复测试，不仅费时费力、成本高昂，而且降低了产品的总体性能，研发周期长、效率低。虚拟样机技术的出现，改变了传统的设计方式，其融合了先进的建模仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术，并将这些技术应用于复杂产品的整个生命周期。
8、在产品的整个设计生产过程中虚拟样机代替物理样机完成了整个设计流程中样机的测试。能够在计算机上实现设计一一试验一一设计的反复过程，大大降低了研发周期和研发成本，同时也推动了制造业领域的数字化、信息化、智能化。另外，虚拟样机技术与传统的产品设计技术比较，虚拟样机技术强调系统的观点、设计产品整个生命周期、支持对产品全方位的测试、分析预评估、强调不同领域的虚拟化协同设计。1960年，美国通用汽车公司研制了一个动力学分析软件一一DYANA(DynamicAnalyzer)，主要用于解决多自由度无约束的机械系统的动力学问题，研制者用该软件进行了车辆的质量一弹簧一阻尼”模型分析。近年来，随着计算机硬件和软件
9、技术的不断发展以及工程应用的推动，商业化软件日趋成熟。众多的多体动力学软件都相继推出了市场，对动力学进行仿真的软件主要有DAMS,DADS,EASYS,ANSYS,SIMPACK,ADAMS等等。特别是美国ADAMS软件在国内外应用都很广泛，凭借其强大的使用性能，受到国内外企业、学者等的一致好评，占据市场总份额的50%以上。ADAMS软件广泛应用于各行各业，目前已然成为世界上最具权威性的，使用范围最广的机械系统动力学仿真分析软件。ADAMS软件使用交互式图形环境和部件库、约束库、力库，用堆积木式的方法建立三维机械系统参数化模型，其求解器ADAMS/Solvers是利用拉格朗日方程方法，建立系统
10、动力学方程，求解机械系统运动和动力学问题的程序4。ADAMS在航空航天、车辆工程、工程机械等领域得到广泛应用。虚拟样机技术的发展2.1国外发展历程20世纪80年代以来，美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制以及虚拟企业等方面进行了系统的研究与开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。例如，美国华盛顿大学虚拟制造技术实验室建立的用于设计和制造的虚拟环境VEDAM以及用于设计和装配的虚拟环境等，都已经初具规模，但虚拟制造作为一个完整的体系，尚没有进行全面的集成。应特别说明的是，虚拟企业的研究在美国得到政府和企业界的极大关注，研究异常活跃，成为敏捷制造技术的主要支柱之一。欧洲
11、以大学为中心也纷纷开展了虚拟制造技术研究，如虚拟车间、建模与仿真工程等的研究。日本在20世纪六七十年代经济的崛起受益于先进制造与管理技术的采用。日本对虚拟制造技术的研究也秉承其传统的特点，主要进行虚拟制造系统的建模和仿真技术以及虚拟工厂的构造环境研究。2.2国内发展历程我国从20世纪80年代末开始研究虚拟制造技术，且多数是在原来的CAD/CAE/CAM和仿真技术等基础上进行的。开始时，主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上5。由于我国受到CAD/CAE/CAM基础软件、仿真软件、建模技术的制约，阻碍了虚拟制造技术的发展，但
12、进入21世纪，我国虚拟制造技术受到普遍的重视，发展很快，势头强劲。例如：机械科学研究院与同济大学、香港理工大学合作进行的分散网络化制造、异地设计与制造等技术的理论研究和实践活动已经取得了不少进展；清华大学进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床和虚拟汽车训练系统等方面的研究；浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、VR工作台和虚拟产装配等研究；西安交通大学和北京航空航天大学进行了远程智能协同设计研究；天津大学、北京机床所和大连机床所进行了机床的虚拟设计与轴机床的研究；西北工业大学进行了虚拟样机的研究；哈尔滨工业大学、北京机电研究所、上海交通大学和南京理工大学等单位也进行了这方面的研究。在虚拟现实技
13、术、建模技术、仿真技术、信息技术和应用网络技术等单元技术等方面的研究都很活跃，但研究的进展和深度还处于初期阶段，与国际水平尚存在一定的差距。在国内各大高校和企业中，主流虚拟样机仿真软件还是以国外产品为主6。比较有影响的有美国MSC公司的ADAMS、比利时LMS公司的DADS以及德国航天局的SIMPACK。尤其是MSC公司的ADAMS，凭借其强大的使用性能，受到国内外企业、学者等的一致好评，占据了虚拟样机软件市场的半壁江山。ADAMS软件3.1ADAMS软件介绍汽机械系统动力学自动分析软件ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)，是美国
14、MDI公司(现已并入MSC公司)开发的虚拟样机分析软件，是世界上最具权威性的，使用范围最广的机械系统动力学分析软件。目前，ADAMS已经被世界各行业许多主要制造商采用7。ADAMS具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界面和强大的图形动画显示能力，可以帮助改进各种机械系统的设计，从简单的齿轮机构、连杆机构到复杂的车辆、飞机、卫星甚至人体。ADAMS软件具有形象直观、功能强大、分析种类多、求解迅速、输出格式多样的特点，它利用交互式图形环境建立机械系统三维参数化模型，分析包括运动学、动力学、线性、非线性、刚体、非刚体等各种类型的系统，具有先进的数值分析技术和快速准确的求解能力，其仿真结果可自动
15、输出并显示为图片、动画和位移、速度、加速度、作用力等的运动曲线图形。3.2ADAMS软件模块ADAMS由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块组成。其中基本模块包括三个最基本的解题模块：ADAMS/View（基本环境）、ADAMS/Solver（求解器）和ADAMS/PostProcessor（后处理）。其中ADAMS/View（界面模块）的功能包括样机建摸、样机模型数据的输入和编辑、与求解器和后处理等程序的自动连接、虚拟样机分析参数的设置、各种数据的输入和输出、同其他应用程序的接口9；ADAMS/Solver（求解器）模块是求解机械系统的运动和动力学问题的程序；ADAMS/PostPro
16、cessor（后处理）主要功能是回放仿真结果、绘制各种分析曲线等。利用ADAMS的扩展模块ADAMS/linear模块（线形化分析模块）可以进行系统仿真时将系统非线形的运动学和动力学进行线形化处理。在仿真系统在最接近物理模型的情况下进行简化，这样则更有利于模型的求解。ADAMS软件功能强大，可以应用在各个领域，针对各专业领域，ADAMS具有相应的专业模块，包括：ADAMS/Aircraft、ADAMS/Car（轿车模块）、ADAMS/Chassis（底盘模块）、ADAMS/Driveline、ADAMS/Engine、ADAMS/Rail、ADAMS/Controls、ADAMS/Flex（柔性分析模块）等。其中在车辆系统建模与仿真中，应用最多的专业模块是ADAMS/Car（轿车模块）。3.3ADAMS设计一般流程3.3.1 建模在ADAMS中创建刚性构件有两种方法10，一种
