MSC Adams 多体动力学仿真基础与实例解析（第二版）

中国水利水电出版社

【作者】汤涤军张跃编著

【I S B N 】978-7-5170-5791-8

【责任编辑】杨元泓

【适用读者群】科技

【出版时间】2017-09-13

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第2版第1次印刷

【页数】384

【千字数】589

【印张】24

【定价】￥72

【丛书】万水MSC技术丛书

【备注信息】

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

本书以Adams 2016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、不同分析计算类型及相关求解器都做了相关说明，同时对传感器的应用，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了讲解。另外，对一些专门应用模块工具进行了介绍，如齿轮模块、履带模块、控制模块、振动仿真分析模块和机械工具包模块，尤其是控制模块可以和其他软件如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。在新增的非线性柔性体分析方法中，机械工具包通过建模向导可实现齿轮、轴承、皮带、链条、绳索、电机和凸轮的快速建模。本书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教师、学生学习Adams的参考书。

本书配有源文件，读者可以到中国水利水电出版社网站和万水书苑上免费下载，网址为http://www.waterpub.com.cn/softdown/和http://www.wsbookshow.com。

以Adams 2016最新版本为基础

应用范围广泛

实例全面，来源于实践

操作流程详细，由浅入深

帮助读者快速提高应用水平

第二版前言

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。它不仅能节省开发费用，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 2016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、刚柔耦合分析、参数化设计及优化分析、宏命令的使用、Vibration模块振动分析、Controls模块控制系统分析、ATV模块履带车辆仿真分析、Gear模块齿轮建模仿真分析、独立的汽车钢板弹簧工具leaf tool、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、Adams Chassis专业底盘模块及其中包含的嵌入式板簧建模工具、Adams Machinery机械工具包等。其中，控制系统分析包含Adams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的操作流程及方法，刚柔耦合分析新增Adams非线性柔性仿真方法：有限元部件、Adams-Marc联合仿真及嵌入式非线性模块Adams MaxFlex，汽车钢板弹簧工具新增Adams Car钢板弹簧建模方法，Adams Machinery是全新的机械工具包。

本书在编写过程中，得到陈志伟、董月亮、陈扬、李伟、陈火红、仰纯雯、田利思、孙丹丹、黄伟、王承凯的大力支持与帮助，在此表示感谢！

第二版前言
第一版前言

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 9
1.3.4 设置重力加速度 10
1.3.5 设置图标 10
1.3.6 设置颜色 11
1.3.7 设置背景颜色 11
1.3.8 设置模型名称 12
1.4 Adams理论基础 12
1.4.1 广义坐标选择 12
1.4.2 动力学方程的建立与求解 13
1.4.3 静力学、运动学初始条件分析 16
1.4.4 计算分析过程 17
第2章构件建模 19
2.1 View中建模 19
2.1.1 构件与构件元素 19
2.1.2 创建构造元素 20
2.1.3 创建实体元素 21
2.1.4 创建柔性体 23
2.1.5 添加特征 24
2.1.6 布尔操作 24
2.2 CAD导入建模 25
2.3 编辑模型 26
2.3.1 进入编辑窗口 26
2.3.2 修改外观 27
2.3.3 修改名称和方位 27
2.3.4 修改质量信息 28
2.3.5 修改初始运动条件 29
2.4 实例：建模 29
第3章约束建模 32
3.1 定义运动副 32
3.1.1 低副（Joints） 32
3.1.2 基本副（Primitives） 34
3.1.3 耦合副（Couplers） 35
3.1.4 高副（Special） 36
3.2 实例：创建运动副（低副、高副和
基本副） 36
3.3 添加驱动 39
3.3.1 运动副上添加驱动 39
3.3.2 两点间添加驱动 40
3.3.3 冗余约束 41
第4章力元建模 42
4.1 作用力定义 42
4.2 柔性连接力 44
4.3 特殊力 50
4.4 实例：创建力元（接触，柔性连接） 51
第5章求解与后处理 54
5.1 求解器介绍 54
5.2 求解计算 55
5.2.1 计算类型 55
5.2.2 验证模型 56
5.2.3 仿真控制 56
5.2.4 传感器 60
5.3 实例：仿真脚本控制，传感器设置 61
5.4 后处理 64
5.4.1 后处理工作界面及操作 64
5.4.2 后处理结果曲线绘制与动画播放 66
第6章刚柔耦合分析 69
6.1 离散柔性连接件 69
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 71
6.2.2 导入MNF文件 72
6.2.3 编辑柔性体 73
6.2.4 刚柔连接 75
6.3 Adams/ViewFlex建立柔性体 75
6.3.1 拉伸法创建柔性体 76
6.3.2 利用刚性体构件几何外形创建
柔性体 77
6.3.3 导入有限元模型的网格文件创建
柔性体 78
6.4 有限元部件（FE Part） 78
6.4.1 创建FE Part 79
6.4.2 有限元部件结果后处理 80
6.5 Adams-to-Marc联合仿真接口（Adams Co-Simulation Interface，ACSI） 81
6.5.1 ACSI概述 81
6.5.2 建立并运行Adams模型 82
6.5.3 建立并运行Marc模型 83
6.5.4 接口配置脚本 85
6.5.5 运行联合仿真 89
6.6 Adams MaxFlex 92
6.6.1 创建非线性柔性体 92
6.6.2 非线性柔性体仿真的注意事项 94
6.7 实例：刚柔替换 96
第7章参数化与优化分析 100
7.1 参数化设计 100
7.2 模型参数化 102
7.2.1 Point点的参数化 102
7.2.2 Marker点的参数化 103
7.2.3 几何体的参数化 104
7.2.4 函数的参数化 105
7.3 优化计算与参数化 107
7.3.1 设计研究 107
7.3.2 试验设计 107
7.3.3 优化分析 108
7.4 实例 111
第8章宏与自定义界面 120
8.1 宏命令 120
8.1.1 创建宏 120
8.1.2 宏中的参数 122
8.1.3 语法格式 124
8.2 自定义界面 125
8.2.1 编辑菜单 125
8.2.2 编辑对话框 127
8.3 实例 128
第9章振动仿真分析 132
9.1 Adams/Linear与Adams/Vibration比较 132
9.1.1 计算方法 132
9.1.2 分析功能 133
9.1.3 对比实例 133
9.2 Adams/Vibration模块说明 140
9.2.1 加载振动模块 140
9.2.2 定义输入通道和振动激励 141
9.2.3 定义输出通道 142
9.2.4 振动阻尼元件 143
9.2.5 振动分析计算 144
9.2.6 柔性体振动实例 145
第10章控制系统分析 151
10.1 Controls Toolkit 151
10.1.1 控制系统组成 151
10.1.2 定义控制环节 151
10.1.3 实例：利用Controls Toolkit建立
控制系统 152
10.2 Adams/Control 157
10.2.1 加载Adams/Controls 158
10.2.2 定义输入/输出 158
10.2.3 导出控制参数 159
10.2.4 实例 160
第11章履带车辆仿真分析 172
11.1 Adams/ATV简介 172
11.2 ATV建模元素 172
11.2.1 Track Wheel创建 174
11.2.2 Hull创建 175
11.2.3 Track Segment创建 176
11.2.4 Force创建 178
11.2.5 Actuator创建 178
11.3 实例 179
11.3.1 定义模板 179
11.3.2 建立整车 186
第12章齿轮仿真分析 192
12.1 Adams齿轮模块简介 193
12.1.1 Adams齿轮副 193
12.1.2 Adams/Gear Generator 193
12.1.3 Adams/GearAT 194
12.2 齿轮模块建模元素 196
12.2.1 Adams/Gear Generator 196
12.2.2 Adams/Gear AT 200
12.3 实例 207
12.3.1 Adams齿轮副 207
12.3.2 Adams/Gear Generator 211
12.3.3 Adams/Gear AT 213
第13章独立的钢板弹簧工具 221
13.1 钢板弹簧工具箱简介 221
13.2 建模流程 221
13.2.1 通过OG profile创建板簧初始
几何轮廓 221
13.2.2 创建板簧模型 223
13.2.3 运行准静态分析 227
13.2.4 创建加预载荷的板簧模型 228
13.2.5 创建一个板簧装配体模型 229
13.2.6 将板簧装配体转换为Adams/Car
的模板 229
13.3 实例 232
第14章风机仿真分析 238
14.1 Adams/AdWiMo简介 238
14.2 Adams风机建模流程 239
14.2.1 通用风机设计向导 240
14.2.2 塔筒前处理 244
14.2.3 叶片前处理 245
14.2.4 轮毂和主轴前处理 247
14.2.5 主框架和发电机框架前处理 248
14.2.6 创建风机属性文件 248
14.2.7 创建风机 250
14.2.8 添加风载 251
14.3 实例 252
第15章 Adams/Car汽车专业模块 262
15.1 Adams/Car简介 262
15.2 悬架性能分析 263
15.2.1 悬架K&C性能分析工况 264
15.2.2 双横臂悬挂分析实例 270
15.3 整车操纵稳定性分析 277
15.3.1 汽车操纵稳定性分析工况 277
15.3.2 整车操稳分析实例 286
15.4 整车平顺性分析 290
15.4.1 平顺性分析简介 291
15.4.2 整车平顺性分析实例 292
15.5 嵌入式的钢板弹簧建模 297
15.5.1 嵌入式钢板弹簧简介 297
15.5.2 嵌入式钢板弹簧实例 299
15.5.3 嵌入式的钢板弹簧参数介绍 302
第16章机械工具包Adams Machinery 309
16.1 Adams Machinery简介 309
16.2 齿轮传动工具模块Adams Machinery – Gear Module 310
16.2.1 齿轮副参数 311
16.2.2 齿轮副定义 314
16.2.3 齿轮副结果输出 316
16.3 带传动工具模块Adams Machinery –
Belt Module 317
16.3.1 皮带轮、皮带类型及几何参数 317
16.3.2 皮带张紧、皮带缠绕及刚度参数 318
16.3.3 带传动系统建模 319
16.4 链传动工具模块Adams Machinery –
Chain Module 327
16.4.1 链轮、链条和张紧向导几何参数 328
16.4.2 链传动系统建模 331
16.5 轴承工具模块Adams Machinery –
Bearing Module 339
16.5.1 轴承类型及几何参数 340
16.5.2 轴承建模 345
16.6 缆索工具模块Adams Machinery –
Cable Module 349
16.7 电机模块Adams Machinery –
Motor Module 355
16.7.1 基于曲线模拟电机 355
16.7.2 解析法模拟电机 357
16.7.3 外部导入模拟电机 360
16.8 凸轮模块Adams Machinery –
Cam Module 363
16.8.1 凸轮及从动件 363
16.8.2 凸轮系统建模 364
参考文献 375

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