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1、第第5 5章章 ADAMS/View虚拟样机仿真分析虚拟样机仿真分析 5.1 ADAMS/View函数函数 5.2 设计变量的创建设计变量的创建 5.3 虚拟样机参数化虚拟样机参数化 5.4 约束函数的创建约束函数的创建 5.5 目标函数的创建目标函数的创建 5.6 仿真剧本创建仿真剧本创建 5.7 虚拟样机优化分析设置虚拟样机优化分析设置 5.8 求解器（求解器（Optimizer）设置）设置 5.9 图形显示（图形显示（Display）设置）设置 5.10 文件输出（文件输出（Output）设置）设置 5.11 检查参数化分析结果检查参数化分析结果5.1 ADAMS/View函数ADAMS
2、/View函数包括设计过程函数（Design-time functions）和运行过程函数（Run-time functions）。设计过程函数用于在优化设计过程中构造参数化的样机模型，ADAMS/View仅在样机的建模设计阶段计算设计过程函数的值。除优化分析和设计研究分析以外，设计过程函数值在仿真分析过程中是固定的。设计过程函数包括：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。运行过程函数用于定义仿真状态之间的约束关系，ADAMS仅在仿真分析过程中更新运行过程函数值。ADAMS提供的运行过程函数包括：位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、作用力
3、函数、产生力函数、数学函数、数据单元存取、用户自编子程序调用、参数和变量等。 ADAMS/View函数表达式语法函数表达式语法1 1数据类型数据类型所有的操作数和参与表达式运算的参数都是一定类型的数据，ADAMS/View支持5种类型的数据，整数（Integer），实数（Real），字符串（String），数据库对象（Object），矩阵（Matrix）。2 2数据格式数据格式在ADAMS/View中有4种数据格式：常数、符号常数、函数、数据库对象及其分量值。（1）常数，例如:5（整数）、5.2（实数）、“x”（字符串）、.model_1.part_2.marker_1（对象）、“x”，“y”
4、（字符串矩阵）、1,2，3,4，5,6（实数矩阵）等。（2）符号常数，符号常数定义了一些常用的数值，表5-1列出了ADAMS/View的符号常数。3 3访问数据库访问数据库用户可以通过访问数据库查找需要的数据，再利用这些数据生成新的数据。例如：根据一个构件的速度去计算另一个构件的速度；根据两坐标系的位置，计算连接的方向。在ADAMS程序中，用“.”来表示数据库中对象名称的路径。对象名称的表示方式有两种：一是用对象的根路径表示，另一种是用相对路径表示。（3）函数，函数是由一些自变量组成的表达式，例如：SIN（），COS（），TAN（）等。（4）数据库对象及其分量值 通过表达式，可存取数据库中的数
5、据，包括字符串、实数、整数、数据库对象、数组等。4 4运算符运算符ADAMS/View允许用户使用运算符将进行各种基本函数组合运算，形成新的函数，其包括以下类型：（1）算术运算符（表5-2所示），包括分组、取负、求幂、加、减、乘、除等。运算优先级别表示当表达式包含多个操作符时，先执行那个操作符。（2）关系运算符（表5-3所示），用以较两个同样类型的对象，如果两个对象的关系与关系运算符一致，则表达式返回值为True，否则返回False。（3）逻辑运算符（表5-4所示），对两个逻辑值进行运算，并返回一个逻辑值。（4）字符串/矩阵连接运算符/，如果被连接的对象中有一个是字符串，则另一个对象作为字符串
6、连接。如果被连接的对象中有一个或两个是矩阵，则连接后是一个具有相同元素的矩阵。 ADAMS/View设计过程函数设计过程函数1 1用户自定义的解释函数用户自定义的解释函数解释函数由若干插入了表达式的语句组成，可以在命令窗口中产生。使用解释函数时，ADAMS将用户的参数代入对应的参数名称所在的函数语句中（产生解释函数时，必须详细说明函数的语句和参数名称）。例如：function create function_name=MID_PT&text_of_expresslon=“LOC_ALONG_LINE（O1，O2，DM（O1，O2）”&argument_names=“O1”，“O2”& type
7、=location_orientation2 2用户自定义的编译函数用户自定义的编译函数编译函数可以用VC语言编写，然后通过编译同ADAMS/View连接，产生编译函数的方法如下：（1）在Path/aview/user_subs目录中复制源代码的模板文件（Path表示ADAMS2007程序的安装目录）vc_init_usr.c。（2）通过修改模板文件编写自定义的函数，然后进行调试。（3）将新的函数添加到注册子程序中。（4）用ADAMS/View对新函数和修改后的注册子程序进行连接。（5）在表达式中使用新的函数。3 3系统提供的函数系统提供的函数ADAMS/View提供了二百多个设计过程函数，函
8、数构造对话框中列出所有系统支持的函数。系统提供的设计过程函数包括：数学函数（Math Functions）、位置和方向函数（Location/Orientation）、模型函数（Modeling Functions）、数组和矩阵函数（Matrix/array Functions）、字符串函数（String Functions）、数据库函数（Database Functions）、其他函数（Miscellaneous Functions）等8大类，附录2中列出了系统提供的常用设计过程函数。 ADAMS/View运行过程函数运行过程函数1 1位移函数位移函数位移函数返回两个坐标标记之间的线位移或角
9、位移的矢量分量值，在仿真分析过程中，可以利用位移函数获得对象的位移测量值。位移函数用途如下：（1）绘制位移测量图。（2）产生与位移有关的方程式。（3）监控对象的位移，当位移达到一定值时，触发特定的事件。2 2速度函数速度函数速度函数返回两个坐标标记之间的线速度或角速度的矢量分量值，在仿真分析过程中，可以利用速度函数获取对象的速度测量值。速度函数的应用场合包括：（1）绘制速度测量图。（2）产生与速度有关的方程式。（3）监控对象的速度，当速度达到一定值时，触发特定的事件。3 3加速度函数加速度函数加速度函数返回两个坐标标记之间的线加速度或角加速度的矢量分量值，在仿真分析过程中，可以利用加速度函数获
10、取对象的加速度测量值。加速度函数的应用场合包括：（1）绘制加速度测量图。（2）产生与加速度有关的方程式。（3）监控对象的加速度，当加速度达到一定值时，触发特定的事件。4 4接触函数接触函数接触函数用于定义碰撞力，在定义不同物体发生间歇的接触现象时，接触函数非常有用。5 5样条函数样条函数样条函数是一种插值方法，通过样条函数可以获得曲线和曲面在已知数据点之间的数值。在仿真过程中，可以通过样条函数定义一个满足所有数据点的光滑函数。样条函数用途如下：（1）用实验数据来定义运动。（2）用实验数据来定义力。（3）绘制通过数据点的光滑曲线。6 6对象函数对象函数对象函数中使用的力函数用于返回由模拟单元产生
11、的瞬时力，包括由于约束和运动产生的力、诸如弹簧阻尼和轴衬等连接产生的力、作用力等。对象函数用途如下：（1）绘制力的测量图。（2）产生与力有关的方程式。（3）监控对象的力，当力达到一定值时，触发特定的事件。7 7合力函数合力函数合力函数返回两个标记之间的作用力和反作用力的总合力，或者是仅作用在一个标记上的作用力的合力。8 8数学函数数学函数数学函数可以应用于数值和矩阵运算，如果输入的是数值，则返回数值。输入的是矩阵，则返回矩阵。1010用户自编子程序用户自编子程序用户自编子程序调用功能用于同用户自编子程序交换数据，通过同自编子程序的数据交换，可以定义参数化的子程序。9 9数据单元数据单元数据单元
12、存取用于存取通用系统的各种状态值，例如：数值、矩阵值、微分值和积分值等。5.2 ADAMS/View函数创建过程l为了能够方便构建函数，ADAMS/View提供了一个使用方便的构造函数对话框，如图5-1所示。根据正在进行的不同操作，进入构造函数对话框的方法也不同，ADAMS/View显示的构造函数对话框，分为表达式和运行过程函数两种工作方式。计算函数值计算函数值表达式输入表达式输入函数目录和列表函数目录和列表获得对象名称及其获得对象名称及其相关数据相关数据绘制函数图形绘制函数图形5.3 设计变量创建选择设计变量的类型选择设计变量的类型选择设计变量选择设计变量是否取任意值是否取任意值设计变量的初
13、始设计变量的初始值及其范围设置值及其范围设置显示参数显示参数选择单位选择单位在参数化分析过程中，使用设计变量可以使ADAMS/View自动地进行一系列的仿真分析。设计变量创建的方式有两种：一种是使用设计变量创建对话框，另一种是使用右键弹出菜单中的Create Design Variable命令。 5.3 虚拟样机的参数化 表达式应用表达式应用表达式是最基本的参数化方式，当表达式中的某一个变量值变化时，ADAMS/View将自动更新表达式的值。ADAMS/View表达式可以包括：常数、标准的数学运算符、数学函数、ADAMS/View中预定义的特殊函数、样机模型中性能参数等。表达式参数化方法如下：
14、（1）直接在参数文本框中输入表达式。（2）利用ADAMS/View函数生成器编辑表达式。 构件位置的参数化构件位置的参数化ADAMS/View提供了两种位置参数化工具：位置函数f（x），控制模型对象的位置；方向函数f（)，控制模型对象的方向。在主工具箱中用鼠标右键单击位置/方向工具 ，显示位置方向设置工具集,其中包括位置函数f（x）工具 。集和方向函数f（）工具 ，。 1 1位置函数位置函数f f(x)(x)应用位置函数f(x)工具可以完成以下任务：（1）建立某个设计点或标记点的位置约束。（2）保持或破坏原有的对象的位置约束。（3）强制将对象约束在某个设计点或标记点上。（4）指定模型对象相对某
15、个设计点或标记点的距离。 。 （a）（b）图5-3 Maintain选项作用示意图（a） (b)图5-4 Collapse选项作用示意图。 2 2方向函数方向函数f()f()应用方向函数f()可以创建标记点、力或运动副等目标对象与某个标记点的方向约束关系。单击f()出现三种选项：Same As：该选项使用方法意义和位置函数f(x)一样，只是此时约束的是方向；Along Axis：该选项仅对所约束对象的一个坐标轴产生方向约束；In Plane：该选项可以对所约束对象的两个坐标轴产生方向约束，使用该选项，将被约束对象的第一个坐标轴指向选择的第一标记点，被约束对象的第二个坐标轴指向所选的第二个标记点
16、，最后ADAMS/View自动通过右手法则确定第三个坐标轴的方向。设计点的参数化设计点的参数化。 设计点参数化是参数化方式中最简单实用的方式。在建模时，首先根据虚拟样机几何实体建模的需要，创建若干设计点，这些设计点可以作为创建几何实体的基准点，然后利用这些设计点创建新构件，此时ADAMS/View自动为新构件创建必要的表达式以约束构件和设计点之间的关系。在创建设计点时，如使用Attach Near，则可以在已存在的设计点上创建新的设计点，ADAMS/View使用LOC_RELATIVE函数为新的设计点创建位置约束表达式。5.4 约束函数创建在进行优化设计时，可以创建优化约束来限制优化目标对象的
17、数值范围。通常优化设计可以允许变量在无限的范围内变化，确保获得最优化参数配置。但是这种优化往往是不现实的，因为模型的重量、尺寸、速度和力等一般特性也是优化设计的约束条件。优化分析中约束函数的定义类似于目标函数。在优化分析中，ADAMS/View能保证约束函数的计算值总是负的，因此不会与目标函数混合。选择目标函数定义类型选择目标函数定义类型选项栏中选择目标函数选项栏中选择目标函数的计算方法的计算方法5.5目标函数的创建在进行参数化仿真分析时需要测量ADAMS/View能够计算的虚拟样机模型的某一特性，这在优化设计中称为目标函数，在试验设计中称为响应特性。选择约束函数定义类型选择约束函数定义类型选
18、项栏中选择约束函数选项栏中选择约束函数的计算方法的计算方法5.6仿真剧本创建使用仿真剧本进行模型仿真分析，可以实现一些交互式仿真分析所不能实现的操作。选择仿真方式选择仿真方式播放设置播放设置5.7虚拟样机优化分析设置设计研究分析设计研究分析Design study：设计研究。每次只分析一个设计参数变化对样机的影响。在参数设定范围内，每次取一个不同的设计参数值自动进行仿真分析，完成设计研究后以报表的形式列出每次分析的数据结果。仿真分析剧本名称仿真分析剧本名称选择研究的目标选择研究的目标输入设计研究所使用输入设计研究所使用的设计变量名称的设计变量名称输入设计变量水平的数量输入设计变量水平的数量试验
19、设计分析试验设计分析试验设计，是指一个关于试验计划实施过程与结果分析统计方式的集合名词。可以分析多个设计参数同时变化对样机的影响。仿真分析剧本名称仿真分析剧本名称选择研究的目标选择研究的目标输入变量数输入变量数选择试验设计的方法选择试验设计的方法优化设计分析优化设计分析Optimization是ADAMS/View提供的一种方便快捷的仿真分析工具。优化设计需要在满足各种设计条件和指定的变量变化范围内，通过自动选择设计变量值，由分析程序求解目标函数的最优值。优化设计的目标函数可以是一个数值表达式，也可以是特殊的数学模型。输入变量名输入变量名选择目标对象的极值选项选择目标对象的极值选项优化设置通过
20、如图5-11所示的Solver Settings对话框进行设置，在使用优化分析对话框时，单击底部Optimizer按钮，即可出现优化设置对话框。5.8 求解器（Optimizer）设置在优化分析对底部单击Display按钮，如图5-12所示：（1）Show Messages：控制是否显示分析结果模型信息。（2）Update Graphics:（图像更新设置）：（3）Design Evaluation Display（图表设置选择区域）：可在此处设置图表显示内容的开关状态。5.9 图形显示（Display）设置在优化分析对底部单击Display按钮，如图5-13所示。输出类别（Output Ca
21、tegory）有7种选项，分别是：File分析文件输出设置；Database Storage存储数据设置；Results（.res）options结果选项设置；Results（.res）Content结果内容设置；Output（.out）Content输出内容设置；Message（.msg）Content信息内容设置；Durability Files耐久性文件设置。用户可选择不同的输出类别，并在相应的对话框中设置。5.10 文件输出（Output）设置参数化分析完成以后，可以利用表格或曲线图形式显示参数化分析结果，也可将参数化分析结果保存在数据库中，以便以后查询，还可以更新设计参数，使设计参数
22、同某次试验或迭代运算的工况相符合。5.11检查参数化分析结果保存和删除参数化分析结果在默认条件下，ADAMS/View仅保存最后一次参数化分析的结果。如果需要保存指定的参数化分析结果，有两种方法：一是在设置对话框中选择自动地永久保存所有的参数化结果；二是有选择地保存参数化分析结果。绘制参数化分析结果曲线1 1跟踪曲线图跟踪曲线图在默认条件下，ADAMS/View会在参数化分析的过程中，产生并显示跟踪曲线图，使用户能够及时了解参数化分析的进程和结果，有以下几种跟踪曲线图：（1）对于设计研究，显示变量值与目标的关系曲线图。（2）对于试验设计，显示试验值与目标的关系曲线图。（3）对于优化分析，显示迭
23、代数与目标的关系曲线图。2 2绘制曲线图绘制曲线图跟踪曲线图可以转换为ADAMS/PostProcessor的曲线，作进一步的处理。也可以在ADAMS/PostProcessor窗口中，选择Results数据，直接绘制参数化分析结果。也可利用绘制结果工具，自动的调用ADAMS/PostProcessor，绘制详细的参数化分析曲线图，与跟踪曲线图相比，ADAMS/PostProcessor绘制的曲线图中添加了标题、符号说明、坐标轴标题等内容。 创建分析结果数据表格分析结果数据表格含有以下内容：（1）对样机的描述；（2）测量或目标；（3）约束；（4）在仿真分析中使用的设计变量；（5）每次试验或迭代的变量值。更新设计变量利用参数化分析对话框中提供的更新变量工具，可以设置试验或迭代时的设计变量值。其功能如下：（1）对样机模型进行更新，获得最佳的设计研究或试验设计分析。（2）观察某次试验或迭代所使用的变量值。 创建分析结果数据表格分析结果数据表格含有以下内容：（1）对样机的描述；（2）测量或目标；（3）约束；（4）在仿真分析中使用的设计变量；（5）每次试验或迭代的变量值。
