MSC.ADAMS技术与工程分析实例

  虚拟样机技术是当前设计制造领域的一门新技术，涉及多体系统动力学、计算方法与软件工程等学科，它利用软件建立机械系统的  三维模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。虚拟样机技术在设计时可以在计算机上方便地修改设计缺陷，试验不同的设计方案，对整个系统进行不断改进和优化。这样就能极大地缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量。

  MSC.ADAMS已经成为CAE领域中使用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具，是一款集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件。在许多国际化大型公司、企业均采用MSC.ADAMS软件作为其机械系统动力学仿真的平台。该软件可用于建立复杂机械系统的“功能化数字样机”，在现实工作条件下逼真地模拟其所有运动情况，并且可以快速分析比较多种设计方案，直至获得最优设计方案。

  作者多年从事产品设计，对虚拟样机技术有深入的理解，特别对汽车行业有丰富的开发设计经验。纵观现有MSC.ADAMS相关图书，发现大部分停留在功能讲解上面，深入产品开发实践的图书不多，对实际工作的指导意义不是特别强烈。作为一线工程师，作者经过多年的设计经验积累，有丰富的MSC.ADAMS实践案例提供给读者，融合技术、经验、实战案例来层层剖析MSC.ADAMS的应用技术。

本书为MSC.ADAMS技术应用实例教程，侧重于在汽车整车性能分析中的应用。主要内容包括ADAMS/Car、ADAMS/Car Ride、ADAMS/Driveline三大行业专用模块的实际应用。本书从应用实例出发，侧重于ADAMS软件实际运用和工程问题的解决，比较系统地  介绍ADAMS软件三个专业模块在操纵稳定性、行驶平顺性等方面从模型的建立直至得出仿真结果的全过程。本书共分为9章，基本按模块的应用划分。第1章至第3章为应用基础部分，主要介绍ADAMS/Car的基本使用方法和模型元素；第4章为示范模板的分析，通过对发动机、转向系、制动系等几个典型模板的结构分析介绍模板组建时应重点注意的事项和应用扩展；第5章和第6章分别为悬挂分析和轮胎路面模型，包括路面建模和轮胎特性图示的轮胎试验台；第7章和第8章为整车仿真分析部分，从标准试验到自定义并辅以实例全面地介绍基于车辆模型的操纵稳定性和行驶平顺性虚拟试验的定义方式与典型结果。第9章专门介绍ADAMS/Driveline，用较多的篇幅详细说明转动系统部件、总成的建模方法。此外，本书中还对ADAMS2007r1中提供的几个工具如液压悬置参数识别、总成台架试验等均作了一一说明。

读者对象

  本书主要面向机械相关专业的初级和中级ADAMS用户，要求读者对ADAMS软件基础模块（ADAMS/View、ADAMS/PostProcessor）的使用有一定的了解。本书可作为从事汽车设计和研究的技术人员使用ADAMS的参考书，也可作为机械类专业的高年级本科生、研究生掌握ADAMS技术的参考书。

本书特色

  本书以基础和实例详解并重，既是ADAMS初学者的学习教材，也可作为对ADAMS有一定了解的用户制定工程问题分析方案、精通高级前后处理与求解技术的参考书。

  整本书图文并茂，帮助读者快速入门，降低学习难度，可作为菜单系统操作指南。详细介绍ADAMS/Car、ADAMS/Car Ride、ADAMS/Driveline三大模块的常用设置和使用技巧，方便读者更深入地掌握ADAMS技术。

  重点突出ADAMS在汽车行业中的应用，并且读者能够轻易地转到ADAMS其他机械分析技术。并且对于一些重点和难点，给出轻松易懂的描述方式，尽量少用复杂的数学推导公式，帮助读者更快地理解虚拟样机分析技术。

  难易结合，由浅入深，从软件的基本操作到复杂的工程实例，从基本的线性分析到复杂的整车仿真分析，循序渐进，一步步把读者引入CAE分析的殿堂。

  对于每个实例，以图文并茂的方式给出操作流程，并对关键部分给出解释，使读者能参照本书完成每一个实例，通过实例引导学习。

  针对典型案例的文件，还整理起来提供到网站上，方便读者下载。配套文件可以从中国水利水电出版社网站下载。

分工与致谢

  本书由陈军执笔，感谢家人的关心支持和理解，特别要感谢周韧先生、唐未央先生、任冰女士。全书的审校工作由姚新军完成。

在本书的编写过程中，参与具体工作的还有王斌、张强林、刘羽宇、郭敏、董茜、陈鲲、王晓、陈洪军、余伟炜、王呼佳、许志清、张赛桥、刘军华、张代全、李琦、万雷、厉剑梁、殷世钦、江广顺、李强、吴志俊、杜长城、余松、夏惠军。还要感谢中国水利水电出版社老师的辛苦努力，正是因为你们辛苦的付出，才使本书能在第一时间和读者见面。

  由于时间仓促，作者水平有限，书中错误、纰漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。

前言
第1章  ADAMS概述 1
1.1  概述 1
1.2  ADAMS/Car文件体系 2
1.2.1  属性文件（Property Files） 3
1.2.2  模板（Templates） 4
1.2.3  子系统（Subsystems） 5
1.2.4  装配组件（Assemblies） 6
第2章  ADAMS/Car基本操作 8
2.1  界面介绍 8
2.1.1  启动ADAMS/Car标准界面 8
2.1.2  标准界面主窗口 9
2.2  模型文件的管理 10
2.2.1  新建（New） 10
2.2.2  打开（Open） 12
2.2.3  子系统管理（Manage Subsystem） 12
2.2.4  装配组件管理（Manage Assembly） 13
2.2.5  保存（Save）和关闭（Close） 14
2.2.6  文件的导入（Import）和导出（Export） 14
2.2.7  打印（Print）和选择工作目录（Select Directory） 14
2.3  编辑（Edit） 14
2.4  视窗操作 16
2.4.1  显示装配组件（Assembly）和子系统（Subsystem） 17
2.4.2  工具栏（Toolbox and Toolbars）和图标（View Accessories）的显示设置 17
2.4.3  信息窗口的管理 17
2.4.4  模型的显示操作 18
2.4.5  视窗布局（Layout） 18
2.5  子系统和装配组件的调节 20
2.5.1  调节（Adjust）功能概述 20
2.5.2  调节菜单中常见部分 20
2.5.3  替换（Replace） 22
2.5.4  转接件（Switch Part）的连接修改 24
2.5.5  部件的激活和抑制（Request Activity） 24
2.5.6  集总质量和惯量统计（Aggregate Mass） 24
2.5.7  距离测量（Measure Distance） 25
2.6  环境设置 25
2.6.1  命令文件执行设置 26
2.6.2  解算器设置 26
2.7  ADAMS/Car数据库管理和数据库浏览器 34
2.7.1  ADAMS/Car提供的默认数据库 34
2.7.2  数据库管理工具 34
2.8  工具??曲线管理器 40
2.8.1  界面菜单 41
2.8.2  图线界面操作 41
2.8.3  使用曲线管理器创建非线性元件（单元）属性文件 44
2.8.4  表格界面操作 46
2.9  后处理绘图配置文件 47
第3章  ADAMS建模器 55
3.1  建模器界面介绍 55
3.1.1  启动ADAMS/Car模板模式 56
3.1.2  定义模板类型 56
3.1.3  进入创建界面 57
3.2  模板部件说明 57
3.2.1  基本元素 57
3.2.2  位置与方向的确定 60
3.2.3  部件 62
3.2.4  几何实体（Geometry） 67
3.2.5  连接件（Attachments） 68
3.2.6  弹性元件（Forces） 69
3.2.7  命名约定 72
3.2.8  可调力（Adjustable Forces） 73
3.2.9  齿轮（Gears） 75
3.2.10  运动副的摩擦力与摩擦力矩（Friction） 77
3.2.11  车轮组件（Wheel） 77
3.2.12  制动器（Actuators） 77
3.2.13  条件传感器（Condition Sensor） 80
3.2.14  请求（Request） 81
3.2.15  反馈通道（Feedback Channels） 82
3.2.16  通用数据单元（General Data Elements） 82
3.2.17  参数变量（Parameter Variable） 84
3.2.18  悬挂参数变量的创建和修改（Suspension Parameters） 84
3.2.19  模板位移（Shift Template） 86
3.3  关于通讯器 86
3.3.1  通讯器的类型（Type） 87
3.3.2  通讯器的实体类别（Entity Class） 87
3.3.3  通讯器的特征（Communicator Roles） 87
3.3.4  通讯器的命名 88
3.3.5  通讯器的匹配 88
3.3.6  创建输入通讯器 88
3.3.7  创建输出通讯器 88
3.3.8  获取通讯器信息 90
3.3.9  通讯器匹配测试 90
3.3.10  实例研究 91
3.3.11  整车标准试验台（MDI_SDI_TESTRIG）的通讯器 93
3.3.12  悬挂试验台（MDI_SUSPENSION_TESTRIG）的通讯器 94
第4章  示范模板的应用 96
4.1  动力系统（Powertrain）模板 96
4.2  转向系统模板 100
4.2.1  齿轮齿条转向系 100
4.2.2  平行杆转向系 103
4.3  四轮盘式制动系 106
4.4  刚性底盘 109
第5章  悬挂分析与建模实例 111
5.1  概述 111
5.2  车轮激振分析（Wheel Travel Analysis） 114
5.2.1  双轮同向激振（Parallel Wheel Travel）仿真 114
5.2.2  双轮反向激振（Opposite Wheel Travel）仿真 115
5.2.3  单轮激振（Single Wheel Travel）仿真 115
5.3  力随遇平衡（Roll & Vertical Force）仿真 116
5.4  转向（Steering）仿真 117
5.5  自定义静载（Static Loads）分析 118
5.6  创建悬挂仿真工况（Create Loadcase）文件 121
5.7  外部文件控制（External Files）仿真 122
5.8  悬挂动态分析（Dynamic Analysis） 124
5.9  模板至装配组合实例??麦弗逊式前悬挂 126
5.9.1  创建模板部件 126
5.9.2  部件间连接 135
5.9.3  定义通讯器 143
5.9.4  保存与检查 148
5.9.5  创建悬挂子系统 149
5.9.6  悬挂总装配 150
5.9.7  执行仿真分析 152
第6章  轮胎与道路模型 157
6.1  概述 157
6.1.1  轮胎模型 157
6.1.2  相关定义 159
6.2  Fiala轮胎模型 161
6.3  UA轮胎模型 163
6.4  使用魔术公式Magic-Formula（MF）的轮胎模型 164
6.4.1  Pacejka ’89和’94轮胎模型 164
6.4.2  Pacejka’94轮胎模型 170
6.4.3  MF-Tyre和MF-Swift轮胎模型 170
6.4.4  MF轮胎数据库 172
6.4.5  Delft-Tyre轮胎的使用 173
6.5  柔性环轮胎模型（FTire） 173
6.5.1  FTire模型 174
6.5.2  FTire轮胎属性文件 175
6.6  道路模型 181
6.6.1  2D道路 183
6.6.2  3D道路模型 187
6.7  路面建模器 191
6.8  轮胎试验台 198
6.8.1  基本使用介绍 198
6.8.2  轮胎试验台操作实例??使用现有的轮胎分析文件 202
6.8.3  轮胎试验台操作实例??创建轮胎分析文件 202
第7章  整车仿真 206
7.1  概述 206
7.2  整车仿真分析（Full - Vehicle Analysis）的定义与设定 214
7.2.1  开环转向仿真事件（Open ? Loop Steering Events） 215
7.2.2  稳态回转仿真事件（Cornering Events） 223
7.2.3  直行仿真事件（Straight-Line Events） 229
7.2.4  路线跟踪（Course Events）仿真事件 232
7.2.5  驱动控制文件（File Driven Events）仿真 234
7.2.6  静态和准静态演算（Static and Quasi-Static Maneuvers） 234
7.2.7  ADAMS/SmartDriver智能驾驶 237
7.3  驱动控制和事件构造器 240
7.3.1  驱动控制文件（Driver Control File） 240
7.3.2  事件文件和事件构造器 251
7.3.3  驱动参数文件（Driver Control Data Files） 255
7.4  ADAMS/Car整车仿真实例 264
第8章  Car Ride平顺性仿真 270
8.1  简介 270
8.2  基于四柱试验台的整车平顺性仿真 272
8.3  基于四柱试验台的整车振动分析 276
8.4  仿真实例 282
8.4.1  正弦波扫描激励 282
8.4.2  随机不平路面仿真实例 284
8.5  液压悬置参数标识工具HPIT（Hydromount-Parameter Identification Tool） 291
第9章  动力传动系统建模与仿真 296
9.1  简介 296
9.1.1  ADAMS/Driveline模型结构 297
9.1.2  ADAMS/Driveline的启动 297
9.1.3  ADAMS/Driveline的装配组合 298
9.2  ADAMS/Driveline特殊操作 299
9.2.1  初始运动条件的创建和管理 299
9.2.2  组件激活向导 301
9.2.3  读入属性文件 302
9.3  传动系模型元素（Driveline Components） 302
9.3.1  间隙（Backlash） 303
9.3.2  滚动轴承（Bearing） 304
9.3.3  搅油阻力（Churning Drag） 305
9.3.4  扭力弹簧（Torsion Springs） 306
9.3.5  组合扭簧（Complex Springs） 307
9.3.6  链条连接力（Chains） 307
9.3.7  带初始转角的十字万向节（Hooke Joint with Angle） 308
9.3.8  不平衡质量（Unbalanced Mass） 309
9.3.9  齿轮传动 310
9.3.10  液力变矩器（Torque Converters） 317
9.3.11  液力耦合器（Viscous Coupling） 318
9.3.12  双向超越离合器（Clutch Connectors） 318
9.3.13  概念化离合器（Conceptual Wet Clutches） 319
9.3.14  离合器传递力（Clutch Force） 320
9.3.15  限滑差速器（Limited Slip Differential） 320
9.3.16  驱动车轮（Ride Wheels） 322
9.3.17  弹性轴（Flexible Shaft） 323
9.3.18  多元组件（Complex Components） 325
9.4  传动系建模实例 329
9.4.1  启动ADAMS/Driveline Template Builder 329
9.4.2  新建传动系模板 330
9.4.3  创建前差速器（Front Differential）单元 330
9.4.4  创建传动轴（Propshaft） 333
9.4.5  创建后差速器（Rear Differential） 336
9.4.6  创建主动锥齿轮（Pinion）几何体 337
9.4.7  创建桥壳（Differential Housing） 339
9.4.8  创建前桥壳几何形体和安装胶垫 342
9.4.9  创建前后传动轴滑动叉（Slip Yoke） 345
9.4.10  建立传动轴吊架 347
9.4.11  保存模板到个人数据库 349
9.5  变速器模板（Gearbox Template）建模实例 350
9.5.1  新建变速器模板 351
9.5.2  创建输入轴（Input Shaft） 351
9.5.3  创建输出轴（Output Shaft） 353
9.5.4  创建齿轮副（Gears） 354
9.5.5  创建轴承（Bearing）连接 359
9.5.6  创建动力元（Dyno） 361
9.6  ADAMS/Driveline标准整车仿真 362
9.6.1  冲击脉冲（Impulse-Torque）试验 363
9.6.2  斜坡脉冲（Ramp-Torque）试验 363
9.6.3  阶跃脉冲（Step Torque）试验 365
9.6.4  扭矩周期摆动（Rock Cycle）试验 365
9.6.5  发动机制动?驱动（Torque Tip In - Tip Out）试验 366
9.6.6  动载工况（Torque Loadcase）试验 367
9.6.7  静载工况（Static Loadcase）试验 369
9.6.8  转速扫描（RAM Sweep）试验 370
9.6.9  油门开闭（Throttle Tip In - Tip Out）试验 370
9.6.10  离合器分离（Dropped Clutch）试验 371
9.6.11  台架试验（Bench-Test） 373
9.7  动力元（Dyno）的定义与应用 374
9.7.1  动力元函数类别（Function Type） 375
9.7.2  动力元创建与使用实例??多动力元 380
9.7.3  动力元创建与使用实例??动力元函数驱动 382
9.7.4  自建模板的台架试验 384
参考文献 388

1. MSC Adams 多体动力学仿真基础与实例解析（第二版） [汤涤军 张跃 编著]
2. MSC Adams多体动力学仿真基础与实例解 [陈志伟 董月亮 编著]
3. ANSYS工程分析进阶实例（修订版） [包陈 王呼佳 主编]