编辑推荐
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内容简介
《MD ADAMS虚拟样机从入门到精通》以最新版ADAMS——MDADAMS为对象,系统介绍了包括新增功能在内的MDADAMS各种基本功能和一些简单的建模与仿真实例,主要包括绪论、多体系统动力学与ADAMS、MD ADAMS基本操作、创建约束、施加载荷、建模与仿真实例、计算结果后处理、参数化建模及优化设计,并在此基础上介绍了机械工程开发中最常用的几个专业模块,即ADAMS/Vibration振动模块、ADAMS/Controls控制模块、ADAMS/Car车辆模块、ADAMS/Engine发动机模块。
由于ADAMS属于比较难以掌握的高端CAE软件,并且其最新版本MD.ADAMS在界面风格、工具栏设置、操作步骤等方面都比以往版本有很多变化,所以作者专门随书配送了多媒体学习光盘,包括全书实例源文件和所有实例的操作过程动画文件,可以帮助读者更加形象直观地学习《MD ADAMS X虚拟样机从入门到精通》内容。
内页插图
目录
前言
第1章 绪论
1.1 多体系统动力学基础理论
1.1.1 多体系统动力学研究进展
1.1.2 多体系统动力学方程的结构形式
1.1.3 多体系统动力学方程的数值求解
1.2 虚拟样机技术
1.3 多学科分析技术
1.4 MDADAMS相关情况
1.4.1 MDADAMS简介
1.4.2 MDADAMS的性能改进
第2章 ADAMS建模基础
2.1 多刚体系统动力学模型
2.2 多柔体系统动力学模型
2.2.1 任意点的位置、速度和加速度
2.2.2 多体系统动力学方程
2.3 ADAMS动力学建模与求解
2.3.1 ADAMS采用的建模方法
2.3.2 ADAMS的方程求解方案
2.3.3 ADAMS采用的碰撞模型
第3章 MDADAMS基本操作
3.1 ADAMS软件模块
3.1.1 ADAMS软件基本仿真模块
3.1.2 ADAMS软件扩展模块
3.1.3 ADAMS软件接口模块
3.1.4 ADAMS软件专业领域模块
3.2 ADAMS/View命令操作
3.2.1 启动ADAMS/View
3.2.2 ADAMS/View界面
3.3 几何建模
3.3.1 几何建模基础知识
3.3.2 建模前的准备工作
3.3.3 几何建模工具
3.3.4 创建基本几何体
3.3.5 创建实体几何模型
3.3.6 创建复杂几何图形
3.3.7 创建柔性梁
3.3.8 修改几何体
3.3.9 修改构件特性
第4章 创建约束
4.1 约束类型
4.2 约束和自由度
4.3 约束的命名
4.4 约束工具
4.5 常用约束
4.5.1 常用理想约束
4.5.2 施加螺旋副
4.5.3 施加齿轮副
4.5.4 施加耦合副
4.5.5 修改理想运动副
4.6 虚约束
4.7 创建高副
4.8 定义机构运动
4.8.1 机构运动类型
4.8.2 创建运动副运动
4.8.3 创建点运动
4.8.4 添加约束的技巧
4.9 应用实例
4.9.1 启动ADAMS/View
4.9.2 设置建模环境
4.9.3 几何建模
4.9.4 添加约束
4.9.5 运动仿真
第5章 施加载荷
5.1 载荷类型及定义方法
5.1.1 基本载荷类型
5.1.2 定义载荷值和方向的方法
5.2 施加载荷
5.2.1 施加单方向作用力
5.2.2 施加分量作用力
5.3 柔性连接
5.3.1 拉压弹簧阻尼器
5.3.2 扭转弹簧阻尼器
5.3.3 轴套力
5.3.4 无质量梁
5.3.5 力场
5.4 创建接触
第6章 建模与仿真实例
6.1 曲柄连杆机构
6.1.1 运行ADAMS
6.1.2 设置建模环境
6.1.3 几何建模
6.1.4 建立约束
6.1.5 设置初始状态
6.1.6 进行仿真
6.1.7 测量仿真结果
6.2 单摆机构
6.2.1 运行ADAMS
6.2.2 建立摆臂
6.2.3 设置摆臂质量
6.2.4 设置摆臂位置
6.2.5 建立单摆支点
6.2.6 设置初始运动
6.2.7 验证模型
6.2.8 设置A点支撑力的测量
6.2.9 运行仿真
6.2.10 得到支撑力
6.3 凸轮机构
6.3.1 运行ADAMS
6.3.2 建立凸轮部件
6.3.3 建立转动副
6.3.4 建立其他部件
6.3.5 建立平动副
6.3.6 添加线一线约束
6.3.7 添加运动约束
6.3.8 验证模型
6.3.9 建立测量
6.3.10 运行仿真
6.4 自由降落的石块
6.4.1 启动ADAMS
6.4.2 建立模型
6.4.3 建立测量
6.4.4 验证模型
6.4.5 运行仿真
6.5 投射石块
6.5.1 启动ADAMS
6.5.2 建立模型
6.5.3 建立测量
6.5.4 进行仿真
6.6 斜面上的滑块
6.6.1 启动ADAMS
6.6.2 建立模型
6.6.3 添加约束
6.6.4 建立测量
6.6.5 验证模型
6.6.6 运行仿真
6.6.7 改进模型
6.7 起重机
6.7.1 启动ADAMS
6.7.2 建立模型
6.7.3 添加约束
6.7.4 添加运动
6.8 弹簧阻尼器
6.8.1 启动ADAMS
6.8.2 建立模型
第7章 计算结果后处理PostProcessor
7.1 ADAMS/PostProcessor简介
7.1.1 ADAMS/PostProcessor的用途
7.1.2 启动与退出ADAMS/PostProcessor
7.1.3 ADAMS/PostProcessor窗口介绍
7.2 ADAMS/PostProcessor基本操作
7.2.1 创建任务和添加数据
7.2.2 工具栏的使用
7.2.3 窗口模式的设置
7.2.4 ADAMS/PostProcessor的页面管理
7.3 ADAMS/PostProcessor输出仿真动画
7.3.1 动画类型
7.3.2 加载动画
7.3.3 动画演示
……
第9章 振动模块/Vibration
第10章 控制模块/Controls
第11章 车辆模块/Car
第12章 发动机模块/Engine
附录A 设计过程函数
附录B 运行过程函数
精彩书摘
(3)变分法。此法不需建立系统的运动微分方程,直接应用优化计算方法进行动力学分析。
对考虑部件弹性变形的多柔体系统,自20世纪80年代后期在建模方法上也渐趋成熟。柔性多体系统动力学的数学模型和多刚体系统、结构动力学有一定兼容性。当系统中的柔性变形可以不计时,退化为多刚体系统。当部件间的大范围运动不存在时,退化为结构动力学问题。对柔性多体系统,通常用浮动坐标系描述物体的大范围运动,弹性体相对于浮动坐标系的离散将采用有限单元法与现代模态综合分析方法,这就是P.W.Likins最早采用的描述柔性多体系统的混合坐标法。据此再根据力学基本原理进行推导,就可将多刚体系统动力学方程拓展到多柔体系统。
根据各种力学基本原理得到的形式不同的动力学方程,尽管在理论上方程等价,但其数值形态的优劣却不尽相同。
1.1.2 多体系统动力学方程的结构形式
对多刚体系统,自20世纪60年代以来,从各自研究对象的特征出发,航天与机械两大工程领域分别提出了不同的建模策略,主要区别是对刚体位形的描述。
在航天领域,以系统每个铰的一对邻接刚体为单元,以一个刚体为参考物,另一个刚体相对该刚体的位形由铰的广义坐标(拉格朗日坐标)来描述。这样树系统的位形完全可由所有铰的拉氏坐标阵q所确定。
前言/序言
虚拟样机技术(Virtual Prototyping。Technology)通过CAD/CAM/CAE等技术手段把产品资料集成到一个可视化环境中,实现产品的仿真、分析。使用ADAMS等系统仿真软件,可以在各种虚拟环境中真实地模拟系统的运动,不断修改设计缺陷以改进系统,直至获得最优设计方案,最终做出比较理想的物理样机。ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件,是由美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)(现已并入美国MSC公司)开发的机械系统动态仿真软件,是目前世界上最具权威、使用范围最广的机械系统动力学分析软件,广泛应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆及装备、工业机械、工程机械等领域。
本书以最新版ADAMS——MD ADAMS为对象,系统介绍了包括新增功能在内的MDADAMS的各种基本功能和一些简单的建模与仿真实例,主要包括绪论、多体系统动力学与ADAMS、MD ADAMS基本操作、创建约束、施加载荷、建模与仿真实例、计算结果后处理、参数化建模及优化设计,并在此基础上介绍了机械工程开发中最常用的几个专业模块,即ADAMS/Vibration振动模块、ADAMS/Controls控制模块、ADAMS/Car车辆模块、ADAMS/Engine发动机模块。
由于ADAMS属于比较难以掌握的高端CAE软件,所以作者专门随书配送了多媒体学习光盘,包括全书实例源文件和所有实例的操作过程动画文件,可以帮助读者更形象直观地学习本书内容。
本书主要由军械工程学院的贾长治、殷军辉和薛文星编写,同时参加本书编写的还有王仕松、崔凯波、郑凯、陈鹿民、胡仁喜、陈树勇、谷德桥、张俊生、阳平华、周冰、董伟、王兵学、王渊峰、郑长松、王敏、李瑞、周广芬、李鹏、陈丽芹、李世强、王佩楷、袁涛等。由于编者水平有限,时间仓促,所以本书难免在内容选材和叙述上有欠缺之处。竭诚欢迎广大读者对本书提出批评和建议。可以发电子邮件到编者的电子信箱:win760520@126.com,以方便作进一步的修改。
《计算机辅助分析(CAE)系列:MD ADAMS虚拟样机从入门到精通》(附光盘1张) 引言 在现代工程设计与开发流程中,虚拟样机(Virtual Prototyping)已成为不可或缺的关键技术。它通过计算机仿真技术,在产品物理样机制造之前,对产品的性能、可靠性、安全性等进行全面、细致的评估,从而显著缩短研发周期、降低开发成本、提升产品质量。MD ADAMS(Mecahnical Dynamics Advanced Simulation)作为业界领先的多体动力学仿真软件,凭借其强大的建模能力、精准的求解算法和丰富的后处理功能,在汽车、航空航天、机器人、工程机械等众多领域得到广泛应用。 本书籍《计算机辅助分析(CAE)系列:MD ADAMS虚拟样机从入门到精通》旨在为读者提供一个全面、系统、深入的学习平台,帮助您掌握MD ADAMS软件的核心技术,并将其应用于实际的虚拟样机开发中。本书内容设计从零基础入门,逐步深入,直至达到精通的水平,让您能够自信地运用MD ADAMS解决复杂的工程问题。 内容概要 本书籍共包含十二章,内容涵盖MD ADAMS软件的基础知识、建模方法、仿真分析、后处理以及实际案例应用。 第一章:CAE与虚拟样机的概念及MD ADAMS概述 本章将首先介绍计算机辅助工程(CAE)在现代工程设计中的重要作用,以及虚拟样机技术如何颠覆传统的研发模式。您将了解到虚拟样机如何帮助工程师在早期阶段发现潜在问题,优化设计方案,并预测产品性能。 随后,本书将重点介绍MD ADAMS软件的背景、发展历程及其在多体动力学仿真领域的独特优势。您将了解MD ADAMS的核心功能模块,包括建模、求解、分析和后处理,并认识到它在机械系统仿真方面的强大能力。本章还将简要介绍MD ADAMS与其他CAE软件的集成应用,以及它在不同行业中的典型应用场景。 第二章:MD ADAMS软件的安装与基本操作 在正式开始建模与仿真之前,掌握软件的安装和基本操作是至关重要的。本章将详细指导您完成MD ADAMS软件的安装步骤,并介绍其用户界面布局、菜单结构以及常用的工具栏选项。 您将学习如何创建新的项目,设置单位制,以及熟悉软件的基本导航方式,例如视图的缩放、平移和旋转。此外,本章还将介绍MD ADAMS的常用快捷键和一些个性化设置,以帮助您提高操作效率。 第三章:MD ADAMS建模基础:零件与约束的创建 建模是虚拟样机仿真的基础。本章将深入讲解MD ADAMS中的零件(Part)创建。您将学习如何导入外部CAD模型(如STEP、IGES等格式),以及如何在MD ADAMS环境中直接创建简单的几何体,如立方体、球体、圆柱体等。 同时,本章还将详细介绍MD ADAMS中的各种约束(Constraint)类型,它们是连接零件、定义运动自由度的关键。您将学习如何应用平移约束、旋转约束、通用约束、固定约束等,并通过实际案例理解不同约束的适用场景和应用方法。 第四章:多体系统建模:组件、连接件与载荷的定义 在掌握了零件和约束的基本操作后,本章将引导您构建复杂的多体系统。您将学习如何将创建好的零件组织成组件(Assembly),以及如何定义组件之间的连接关系。 此外,本章还将介绍连接件(Joint)的概念,包括球铰、万向铰、滑动铰、齿轮啮合等,并演示如何在模型中添加和配置这些连接件,以模拟真实的机械连接。最后,本章还将介绍如何为模型施加各种载荷(Force),如重力、弹簧力、阻尼力、用户自定义力等,这些载荷是驱动系统运动的关键因素。 第五章:仿真设置与求解器选择 搭建好模型之后,下一步就是进行仿真分析。本章将详细讲解仿真设置中的各项参数。您将学习如何定义仿真时间、时间步长、输出频率等,这些参数直接影响仿真的精度和计算效率。 本章还将深入介绍MD ADAMS提供的多种求解器(Solver),包括静态求解器、动态求解器、隐式求解器、显式求解器等。您将理解不同求解器的适用范围和特点,并学会根据仿真需求选择最合适的求解器,以获得稳定、准确的仿真结果。 第六章:静态分析与动力学分析 本章将重点介绍MD ADAMS的两大基本仿真类型:静态分析和动力学分析。 静态分析主要用于计算系统在稳态载荷下的应力、变形和位移等。您将学习如何设置静态分析,包括载荷的施加、边界条件的定义以及结果的后处理。 动力学分析是MD ADAMS的核心功能之一,用于模拟系统在时变载荷作用下的运动行为。本章将详细讲解动力学仿真的设置流程,包括运动学分析、动力学分析以及振动分析。您将学习如何观察和分析系统的位移、速度、加速度、力以及力矩等仿真结果。 第七章:后处理技术:结果的可视化与分析 仿真结束后,对结果的有效分析和可视化是理解系统行为的关键。本章将深入讲解MD ADAMS强大的后处理功能。 您将学习如何使用多种图表工具,如线图、散点图、柱状图等,来展示和分析仿真过程中的各种数据。同时,本章还将介绍如何创建动画,直观地展示系统的运动过程,并方便地进行故障诊断和设计验证。此外,您还将学习如何进行数据筛选、曲线拟合以及导出仿真结果到其他格式,以供进一步分析。 第八章:高级建模技术:柔性体与接触仿真 为了更真实地模拟工程系统的行为,本章将介绍MD ADAMS的高级建模技术。 您将学习如何将刚性零件转化为柔性体(Flexible Body),以便在仿真中考虑零件的变形和弹性行为。本章将介绍柔性体建模的原理,包括如何导入模态分析结果,以及如何在MD ADAMS中配置和使用柔性体。 此外,本章还将深入讲解接触仿真(Contact Simulation)。您将学习如何定义零件之间的接触关系,包括接触类型、接触参数以及接触力的计算。通过接触仿真,可以模拟零件之间的碰撞、摩擦等复杂相互作用,这在许多应用中至关重要。 第九章:多体系统参数化建模与优化 参数化建模是提高建模效率和实现设计优化的重要手段。本章将介绍如何在MD ADAMS中创建参数化模型,即通过变量来控制模型的几何尺寸、连接件属性、载荷大小等。 您将学习如何定义设计变量,设置变量的取值范围,以及如何利用MD ADAMS的优化模块进行参数优化。通过优化,可以找到使系统性能达到最优的设计参数组合,例如最小化能量消耗、最大化输出功率或最小化振动。 第十章:MD ADAMS与其他CAE软件的集成应用 在实际工程项目中,MD ADAMS往往需要与其他CAE软件进行集成,以实现更全面的仿真分析。本章将介绍MD ADAMS与其他主流CAE软件的集成方法。 您将学习如何将MD ADAMS与其他有限元分析(FEA)软件(如ANSYS、ABAQUS)进行耦合,实现多物理场仿真。例如,将FEA得到的柔性体模型导入MD ADAMS进行动力学仿真,或者将MD ADAMS的仿真结果作为载荷施加到FEA模型中进行应力分析。此外,本章还将介绍MD ADAMS与其他系统仿真软件(如MATLAB/Simulink)的集成,以实现更复杂的控制系统与机械系统协同仿真。 第十一章:实际案例分析:汽车悬架系统仿真 本章将通过一个详细的汽车悬架系统仿真案例,将前面章节所学的知识融会贯通。您将跟随步骤,从建立汽车模型、定义悬架连接件、施加路面载荷,到进行动力学仿真,并最终对仿真结果进行分析。 通过这个实际案例,您将深刻理解MD ADAMS在汽车工程领域的应用价值,例如评估悬架的舒适性、操控性和稳定性。本书将逐步展示如何设置模型、调整参数,以及如何解读仿真结果,从而解决实际工程问题。 第十二章:实际案例分析:机器人机构仿真 另一项重要的实际应用是机器人机构仿真。本章将通过一个机器人手臂的仿真案例,进一步巩固您的MD ADAMS应用技能。 您将学习如何建立机器人连杆模型、定义关节约束、施加控制力矩,并进行运动学和动力学仿真。通过分析仿真结果,您可以评估机器人的运动轨迹、速度、加速度以及关节力矩,从而优化机器人设计,提高其工作效率和精度。 附录:附光盘内容说明 本书配套提供一张光盘,其中包含: MD ADAMS软件试用版/教学版(若适用): 根据授权情况,光盘可能包含MD ADAMS软件的试用版或为教学目的提供的版本。 书中案例模型的源文件: 光盘中提供了本书中所有案例的MD ADAMS模型源文件,方便读者直接打开、学习和修改。 相关技术文档和教程: 包含MD ADAMS官方提供的部分技术文档、操作手册以及额外的教程资源,供读者深入学习。 常用工具和插件: 可能包含一些辅助建模或后处理的常用工具或插件。 总结 《计算机辅助分析(CAE)系列:MD ADAMS虚拟样机从入门到精通》是一本集理论、实践、案例于一体的MD ADAMS学习指南。本书内容循序渐进,图文并茂,旨在帮助广大工程师、技术人员、在校学生以及CAE爱好者,系统掌握MD ADAMS软件的各项功能,并能独立完成复杂的虚拟样机建模与仿真分析。通过本书的学习,您将能够更高效、更准确地进行机械系统设计与优化,为您的工程项目带来切实的价值。