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MSC Adams多体动力学仿真基础与实例解

中国水利水电出版社
    【作 者】陈志伟 董月亮 编著 【I S B N 】978-7-5084-9869-0 【责任编辑】宋俊娥 【适用读者群】高职高专 【出版时间】2012-06-26 【开 本】16开 【装帧信息】平装(光膜) 【版 次】第1版第1次印刷 【页 数】300 【千字数】465 【印 张】18.75 【定 价】52 【丛 书】万水MSC技术丛书 【备注信息】赠1DVD
图书详情

    Adams是用于机械产品虚拟样机开发设计时的专业工具,也是一款经典的多体系统动力学仿真软件。

    本书以Adams 2012版本为基础,从刚体建模到柔体建模,约束添加,如包括各种常用铰接、驱动、力元、接触与摩擦等,对不同仿真控制方式和不同分析计算类型,以及相关求解器都做了相关说明,还对传感器的应用,用户自定义界面和宏操作,参数化设计,试验设计和优化计算进行讲解。另外,对一些专门应用模块工具也进行了介绍,如齿轮模块、履带模块、控制模块和振动仿真分析模块,尤其是控制模块还可以和其他软件如MATLAB和Easy5进行控制和液压的联合仿真,实现真正意义上的机电液一体化仿真。所附光盘中包括书中实例的模型文件及Adams学生版软件。

    本书可以作为汽车、航空航天、军工、造船和制造等行业工程技术人员应用Adams软件进行仿真分析的基础教程,也可作为理工科院校相关专业的学生、教师学习Adams的参考书。

    本书编者从事多体系统动力学仿真分析多年,具有丰富的Adams软件使用经验

    本书从讲解刚体建模到柔体建模,约束添加,如各种常用铰接,驱动,力元,接触与摩擦入手,详细讲解不同仿真控制方式、不同分析计算类型及相关求解器的应用方法

    本书结合实际提供大量的Adams多体系统动力学仿真实例,可以帮助读者在最短的时间内系统掌握复杂机械系统的运动学、动力学与静力学的性能状态分析、设计与优化方法与技巧,并进一步学以致用

    本书可以作为汽车、航空航天、军工、造船和制造等行业工程技术人员应用Adams软件进行仿真分析的基础教程

    前 言

    随着科技的发展与社会的进步,机械系统的构造越来越复杂,并朝着高速运行和大型化,及多回路和带控制系统的方向发展,从而使得机械系统的动力学特性变得越来越复杂,比如,大型的高速机械系统各部件间的大范围运动和构件本身振动的耦合,振动非线性性态,冲击、粘滑、锤击等现象。这些动力学性态有些可以利用,有些必须加以控制与消除。因此,复杂机械系统的运动学、动力学与静力学的性能状态分析、设计与优化在现代产品的设计过程中显得尤为重要。

    多体系统动力学涉及机械系统动力学及其控制等,这是重要的研究方向。这方面的理论经过众多科技人员的努力已经形成了比较完善的体系,比如牛顿力学、拉格朗日方程和笛卡尔数学模型等。应用这些理论知识,针对较为简单、自由度数目较少的系统,通过巧妙地选择广义坐标,利用手工推导可以得到描述该系统的微分方程组。但是,对于我们现如今工程中复杂的多自由度系统,仅仅停留在手工处理阶段的话,不仅效率低还很容易出错,不能满足工作要求。

    随着计算机技术的飞速发展,计算多体系统动力学作为该领域的新的分支学科得到了长足的发展,应用这种技术就可以很好地解决复杂机械系统性态分析的问题。

    本书介绍的软件Adams就是用于机械产品虚拟样机开发设计时的专业工具,也是一款经典的多体系统动力学仿真软件。它以研究复杂系统的运动学和动力学关系为目标,以计算多体系统动力学为理论基础,结合高速计算机对产品进行仿真计算,得到各种试验数据,帮助设计人员发现问题并解决问题。我们将其称为虚拟样机技术,就是在产品设计阶段对其进行性能测试,从而保证生产出来的产品最大可能地满足设计目标,它不仅可以节省开发费用,还能最大限度地缩短开发周期,从而提高开发效率,是一种有效的设计手段,已经得到了工程人员的普遍认同。

    本书以Adams 2012最新版本为基础,内容包括软件的操作基础、Adams的理论基础、虚拟样机构件建模、约束建模、载荷添加、后处理界面及数据曲线处理、柔性体建模、参数化设计及优化分析、宏命令的使用、Vibration模块振动分析、Control模块控制系统分析,以及与其他软件如MATLAB和Easy5进行控制和液压的联合仿真,实现真正意义上的机电液一体化仿真、ATV模块履带车辆仿真分析、Gear模块齿轮建模仿真分析、Leafspring模块板簧建模仿真分析、AdWiMo模块风机建模分析、Car汽车专业模块的悬架K&C分析与整车操稳平顺性分析。

    本书在编写过程中,得到姜元庆、张健、李保国、姜正旭、陈火红、仰纯雯、田利思、孙丹丹、徐岷、黄伟、马璐、李道中的大力支持与帮助,在此表示感谢!

    作者

    2012年3月于北京

    前言

    第1章 Adams/View基础 1
    1.1 Adams简介 1
    1.1.1 虚拟样机技术 1
    1.1.2 Adams模块的构成 2
    1.2 Adams界面 3
    1.2.1 工作路径 3
    1.2.2 欢迎界面 4
    1.2.3 工作界面 5
    1.2.4 常用窗口 6
    1.3 设置工作环境 8
    1.3.1 设置坐标系 8
    1.3.2 设置工作栅格 9
    1.3.3 设置单位 10
    1.3.4 设置重力加速度 10
    1.3.5 设置图标 11
    1.3.6 设置颜色 11
    1.3.7 设置背景颜色 12
    1.3.8 设置模型名称 12
    1.4 Adams理论基础 13
    1.4.1 广义坐标选择 13
    1.4.2 动力学方程的建立与求解 14
    1.4.3 静力学、运动学初始条件分析 17
    1.4.4 计算分析过程 18
    第2章 构件建模 20
    2.1 View中建模 20
    2.1.1 构件与构件元素 20
    2.1.2 创建构造元素 21
    2.1.3 创建实体元素 23
    2.1.4 创建柔性体 24
    2.1.5 添加特征 25
    2.1.6 布尔操作 26
    2.2 CAD导入建模 26
    2.3 编辑模型 27
    2.3.1 进入编辑窗口 27
    2.3.2 修改外观 28
    2.3.3 修改名称和方位 28
    2.3.4 修改质量信息 29
    2.3.5 修改初始运动条件 30
    2.4 实例:建模 30
    第3章 约束建模 33
    3.1 定义运动副 33
    3.1.1 低副(Joints) 33
    3.1.2 基本副(Primitives) 35
    3.1.3 耦合副(Couplers) 36
    3.1.4 高副(Special) 37
    3.2 实例:创建运动副(低副、高副和基
    本副) 37
    3.3 添加驱动 40
    3.3.1 运动副上添加驱动 40
    3.3.2 两点间添加驱动 41
    3.3.3 冗余约束 42
    第4章 力元建模 43
    4.1 作用力定义 43
    4.2 柔性连接力 45
    4.3 特殊力 51
    4.4 实例:创建力元(接触,柔性连接) 52
    第5章 求解与后处理 55
    5.1 求解器介绍 55
    5.2 求解计算 56
    5.2.1 计算类型 56
    5.2.2 验证模型 57
    5.2.3 仿真控制 57
    5.2.4 传感器 61
    5.3 实例:仿真脚本控制,传感器设置 62
    5.4 后处理 65
    5.4.1 后处理工作界面及操作 65
    5.4.2 后处理结果曲线绘制与动画播放 67
    第6章 刚柔系统建模 70
    6.1 离散柔性连接件 70
    6.2 有限元程序生成柔性体 71
    6.2.1 MSC Nastran生成模态中性文件
    MNF 72
    6.2.2 导入MNF文件 73
    6.2.3 编辑柔性体 74
    6.2.4 刚柔连接 76
    6.3 Adams/ViewFlex建立柔性体 76
    6.3.1 拉伸法创建柔性体 77
    6.3.2 利用刚性体构件几何外形创建柔
    性体 78
    6.3.3 导入有限元模型的网格文件创建
    柔性体 79
    6.4 实例:刚柔替换 79
    第7章 参数化与优化分析 83
    7.1 参数化设计 83
    7.2 模型参数化 85
    7.2.1 Point点的参数化 85
    7.2.2 Marker点的参数化 87
    7.2.3 几何体的参数化 87
    7.2.4 函数的参数化 88
    7.3 优化计算与参数化 90
    7.3.1 设计研究 90
    7.3.2 试验设计 91
    7.3.3 优化分析 92
    7.4 实例 94
    第8章 宏与自定义界面 104
    8.1 宏命令 104
    8.1.1 创建宏 104
    8.1.2 宏中的参数 106
    8.1.3 语法格式 108
    8.2 自定义界面 109
    8.2.1 编辑菜单 109
    8.2.2 编辑对话框 111
    8.3 实例 113
    第9章 振动仿真分析 116
    9.1 Adams/Linear与Adams/Vibration比较 116
    9.1.1 计算方法 116
    9.1.2 分析功能 117
    9.1.3 对比实例 117
    9.2 Adams/Vibration模块说明 125
    9.2.1 加载振动模块 125
    9.2.2 定义输入通道和振动激励 126
    9.2.3 定义输出通道 127
    9.2.4 振动阻尼元件 128
    9.2.5 振动分析计算 129
    9.2.6 柔性体振动实例 130
    第10章 控制系统分析 136
    10.1 Controls Toolkit 136
    10.1.1 控制系统组成 136
    10.1.2 定义控制环节 136
    10.1.3 实例:利用Controls Toolkit建立
    控制系统 138
    10.2 Adams/Control 144
    10.2.1 加载Adams/Controls 144
    10.2.2 定义输入输出 144
    10.2.3 导出控制参数 146
    10.2.4 实例 147
    第11章 履带车辆仿真分析 159
    11.1 Adams/ATV简介 159
    11.2 ATV建模元素 159
    11.2.1 Track Wheel创建 161
    11.2.2 Hull创建 162
    11.2.3 Track Segment创建 163
    11.2.4 Force创建 165
    11.2.5 Actuator创建 165
    11.3 实例 167
    11.3.1 定义模板 167
    11.3.2 建立整车 175
    第12章 齿轮仿真分析 182
    12.1 Adams齿轮模块简介 183
    12.1.1 Adams齿轮副 183
    12.1.2 Adams/Gear Generator 183
    12.1.3 Adams/GearAT 184
    12.2 齿轮模块建模元素 186
    12.2.1 Adams/Gear Generator 186
    12.2.2 Adams/Gear AT 190
    12.3 实例 197
    12.3.1 Adams齿轮副 197
    12.3.2 Adams/Gear Generator 201
    12.3.3 Adams/Gear AT 203
    第13章 钢板弹簧仿真分析 211
    13.1 钢板弹簧工具箱简介 211
    13.2 建模流程 211
    13.2.1 通过OG profile创建板簧初始几何
    轮廓 211
    13.2.2 创建板簧模型 214
    13.2.3 运行准静态分析 217
    13.2.4 创建加预载荷的板簧模型 218
    13.2.5 创建一个板簧装配体模型 219
    13.2.6 将板簧装配体转换为Adams/Car
    的模板 219
    13.3 实例 222
    第14章 风机仿真分析 228
    14.1 Adams/AdWiMo简介 228
    14.2 Adams风机建模流程 229
    14.2.1 通用风机设计向导 230
    14.2.2 塔筒前处理 234
    14.2.3 叶片前处理 236
    14.2.4 轮毂和主轴前处理 237
    14.2.5 主框架和发电机框架前处理 238
    14.2.6 创建风机属性文件 239
    14.2.7 创建风机 241
    14.2.8 添加风载 241
    14.3 实例 242
    第15章 Adams/Car汽车专业模块 253
    15.1 Adams/Car简介 253
    15.2 悬架性能分析 254
    15.2.1 悬架K&C性能分析工况 255
    15.2.2 双横臂悬挂分析实例 261
    15.3 整车操纵稳定性分析 267
    15.3.1 汽车操纵稳定性分析工况 268
    15.3.2 整车操稳分析实例 279
    15.4 整车平顺性分析 284
    15.4.1 平顺性分析简介 284
    15.4.2 整车平顺性分析实例 285
    参考文献 292
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