【正文】 ........................................ 23 施加載荷 ............................................................................................................ 24 模型仿真 ............................................................................................................ 24 模型驗(yàn)證 ................................................................................................. 24 簡(jiǎn)單仿真與動(dòng)畫(huà)回放 ............................................................................. 25 模型測(cè)量 ................................................................................................. 26 小結(jié) .................................................................................................................... 27 4 仿真結(jié)果分析 ............................................................................................................... 29 ADAMS/PostProcessor 簡(jiǎn)介 .................................................................. 29 由仿真結(jié)果繪制曲線圖的類型 ............................................................. 29 仿真結(jié)果曲線圖與分析比較 ............................................................................ 30 曲柄 1(PART_2) ...................................................................................... 30 滑塊 5（ (PART_6) .................................................................................. 32 小結(jié) .................................................................................................................... 33 5 總結(jié) ............................................................................................................................... 35 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 36 致 謝 ................................................................................................................................. 37 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 虛擬樣機(jī)技術(shù) 及其研究現(xiàn)狀 虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念 虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于產(chǎn)品計(jì)算機(jī)仿真的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，這些數(shù)字模型即虛擬樣機(jī)（ VP）支持并行工程方法學(xué)。虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真技術(shù)、信 息管理技術(shù)、交互式用戶界面技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的綜合應(yīng)用技術(shù) [1]。虛擬樣機(jī)技術(shù)是在 CAX(如CAD， CAM， CAE 等 )/DFX(如 DFA， DFM 等 )技術(shù)基礎(chǔ)上的發(fā)展，它進(jìn)一步融合信息技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)和先進(jìn)仿真技術(shù)，并將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的全生命周期和全系統(tǒng)，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行綜合管理。從系統(tǒng)層面來(lái)分析復(fù)雜系統(tǒng)，虛擬樣機(jī)支持“由上至下”的復(fù)雜系統(tǒng)開(kāi)發(fā)模式。利用虛擬樣機(jī)代替物理樣機(jī)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、測(cè)試和評(píng)估，可縮短開(kāi)發(fā)周期，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，提高面向客戶和市場(chǎng)的能力。 虛擬樣機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)中，將分散的零部件設(shè)計(jì)和分析技術(shù)融合在一起，在計(jì)算機(jī)上建造出產(chǎn)品的整體模型，并針對(duì)該產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的整體性能，進(jìn)而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能。 在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中，首先是概念設(shè)計(jì)和方案論證，然后進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)完成后，為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)通常要制造物理樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，再回頭修改設(shè)計(jì)和進(jìn)行樣機(jī)驗(yàn)證。只有通過(guò)周而復(fù)始的設(shè)計(jì) —— 試驗(yàn) —— 設(shè)計(jì)過(guò)程，產(chǎn)品才能達(dá)到所要求的性能。這一過(guò)程是較長(zhǎng)的，尤其對(duì)與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，設(shè)計(jì)周期更加漫長(zhǎng)，無(wú)法適應(yīng)市場(chǎng)的變化，且物 理樣機(jī)的制造增加了生產(chǎn)成本。 虛擬樣機(jī)技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能以及相關(guān)問(wèn)題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程弊端的高新技術(shù)。該技術(shù)使用系統(tǒng)仿真軟件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，并對(duì)其在各種工況下的運(yùn)動(dòng)和受力情況進(jìn)行仿真分析，觀測(cè)并試驗(yàn)各組成部分的相互運(yùn)動(dòng)情況。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以方便的修改方案缺陷，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，且可以縮短開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)效率。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用及其特點(diǎn) 目前，虛擬樣機(jī)技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造、工程機(jī) 械、航空航天、造船、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防、通用機(jī)械到人機(jī)工程學(xué)生物力學(xué)醫(yī)學(xué)以及工程咨詢等很多方面。在各個(gè)領(lǐng)域里，針對(duì)各種產(chǎn)品，虛擬樣機(jī)技術(shù)都為用戶節(jié)省了開(kāi)支、時(shí)間并提供了滿意的設(shè)計(jì)方案。如美國(guó)波音公司西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 的波音 777 大型客機(jī)是世界上首架以無(wú)圖紙研發(fā)及制造出來(lái)的飛機(jī)。其設(shè)計(jì)、裝配、性能評(píng)價(jià)及分析就是采用了虛擬樣機(jī)技術(shù)，這不但是研發(fā)周期大大縮短、研發(fā)成本大大降低，而且確保了最終產(chǎn)品一次性裝接成功。對(duì)比以往的飛機(jī)，波音公司減少了93%的更改和 94%的花費(fèi)。通用動(dòng)力公司 1997 年建成第一個(gè)全數(shù)字化機(jī)車虛擬樣機(jī)，并行地進(jìn)行 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、制造及夾具、模具工裝設(shè)計(jì)和可維修設(shè)計(jì)等。在我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，虛擬樣機(jī)技術(shù)也有應(yīng)用，有人利用虛擬樣機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)蔗糖收獲機(jī)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新，取得了良好的效果。 虛擬樣機(jī)技術(shù) 具有下述特點(diǎn) [2]： （ 1） 新的研發(fā)模式 傳統(tǒng)的研發(fā)方法是一個(gè)串行過(guò)程，而虛擬樣機(jī)技術(shù)真正的實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)角度的產(chǎn)品優(yōu)化。它基于并行工程使產(chǎn)品在概念設(shè)計(jì)階段就可以迅速地分析、比較多種設(shè)計(jì)方案，確定影響性能的敏感參數(shù)，并通過(guò)可視化技術(shù)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，預(yù)測(cè)產(chǎn)品在真實(shí)工況下的特征，以及具有的響應(yīng)，直至獲得最優(yōu)的 工作性能。 （ 2）更低的研發(fā)成本、更短的研發(fā)周期、更高的產(chǎn)品質(zhì)量 通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)建立產(chǎn)品的數(shù)字化模型，可以完成無(wú)數(shù)次物理樣機(jī)無(wú)法進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)，從而無(wú)須制造及試驗(yàn)物理樣機(jī)就可獲得最優(yōu)方案，不但減少了物理樣機(jī)的數(shù)量，而且縮短了研發(fā)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 （ 3） 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的重要手段 動(dòng)態(tài)聯(lián)盟是為了適應(yīng)快速變化的全球市場(chǎng)，克服單個(gè)企業(yè)資源的局限性而出現(xiàn)的在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)臨時(shí)締結(jié)的一種虛擬企業(yè)。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造，參盟企業(yè)之間產(chǎn)品信息的交流尤其重要，而虛擬樣機(jī)是一種數(shù)字化模型，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)輸送產(chǎn)品信息， 具有傳遞快速、反饋及時(shí)的特點(diǎn)，進(jìn)而使動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的活動(dòng)具有高度的并行性。 虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外的虛擬樣機(jī)技術(shù)已走向商業(yè)化。國(guó)內(nèi)的企業(yè)在虛擬樣機(jī)技術(shù)的應(yīng)用上，主要是集成現(xiàn)成的國(guó)外軟件，如 ADAMS 等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展 [3]，借助 ADAMS軟件可以對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析，在虛擬的環(huán)境下確定構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)情況。檢驗(yàn)構(gòu)件是否干涉以及執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)是否符合期望的運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，不僅得到的結(jié)果直觀可靠而且工作效率大大提高。有些單位和公司企業(yè)采用對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的方式，來(lái)滿足設(shè)計(jì)分 析的需要。 關(guān)于虛擬樣機(jī)技術(shù)的研究主要是依托專業(yè)研究機(jī)構(gòu)及高校研究機(jī)構(gòu)，各高校針對(duì)不同的領(lǐng)域有各自的研究成果。國(guó)內(nèi)有些高校正努力針對(duì)專業(yè)領(lǐng)域開(kāi)發(fā)實(shí)用化軟件，力求開(kāi)發(fā)出國(guó)產(chǎn)的商業(yè)化軟件。由于虛擬樣機(jī)技術(shù)涉及多領(lǐng)域知識(shí)的綜合應(yīng)用。不同的研究機(jī)構(gòu)，在建模仿真、動(dòng)力學(xué)分析等方面各有優(yōu)勢(shì)，在大型復(fù)雜系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，常采用多個(gè)機(jī)構(gòu)合作的方式。協(xié)同設(shè)計(jì)、復(fù)雜產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)方法等方面仍有待研究。我西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 國(guó)已在著手開(kāi)發(fā)復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬系統(tǒng)。尋找研究方法和思路，已經(jīng)取得了階段性的成果，建立了研究框架，但仍需要長(zhǎng)時(shí)間的研究和努力。 虛擬樣機(jī)概 念正向廣度和深度發(fā)展，其范疇正從單一領(lǐng)域向多領(lǐng)域綜合設(shè)計(jì)擴(kuò)展，涉及的內(nèi)容從產(chǎn)品 CAX/DFX 設(shè)計(jì)向面向系統(tǒng)全生命周期的過(guò)程、業(yè)務(wù)和商業(yè)化設(shè)計(jì)擴(kuò)展，目的從設(shè)計(jì)優(yōu)化向決策分析和知識(shí)重用拓展，方法上從單系統(tǒng)建模仿真向復(fù)雜系統(tǒng)并行協(xié)同設(shè)計(jì)發(fā)展 [4]。今后的虛擬樣機(jī)技術(shù)將更加強(qiáng)調(diào)部件、技術(shù)、知識(shí)的重用，強(qiáng)調(diào)便于虛擬樣機(jī)柔性協(xié)同的運(yùn)行管理的組織重構(gòu)，強(qiáng)調(diào)跨領(lǐng)域技術(shù)的溝通支持。因此，虛擬樣機(jī)作為一個(gè)面向復(fù)雜多領(lǐng)域的研究方向，它需要先進(jìn)的管理思路、方法論、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和好的理論工具，體系結(jié)構(gòu)必須具有足夠的開(kāi)放性、靈活性和適應(yīng)性 ，綜合與設(shè)計(jì)相關(guān)的各領(lǐng)域各階段、過(guò)程、技術(shù)資源及其組織形式。重點(diǎn)在以下 幾個(gè)方面進(jìn)行研究： (1)基于虛擬樣機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì) (2)以虛擬樣機(jī)為中心的并行設(shè)計(jì) (3)設(shè)計(jì)、分析和仿真工具的集成 (4)虛擬樣機(jī)系統(tǒng)的容錯(cuò)性 ADAMS 軟件 ADAMS 軟件簡(jiǎn)介 ADAMS，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析 (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)， 是虛擬樣機(jī)軟件的代表性軟件， 該軟件是 由 美國(guó) MDI 公 司 (Mechanical Dynamics Inc.)開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件 [5]。 ADAMS 已經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù) 1999 年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國(guó)際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料，ADAMS 軟件銷售總額近八千萬(wàn)美元、占據(jù)了 51%的份額 ， 現(xiàn)已經(jīng)并入美國(guó) MSC 公司。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。 ADAMS 軟件的仿 真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開(kāi)發(fā)工具，其開(kāi)放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開(kāi)發(fā)工具平臺(tái)。 ADAMS 軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本： UNIX 版和Windows NT/2021 版。 西安石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 ADAMS 軟件的模塊 ADAMS 軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng) 域模塊及工具箱 5 類模塊組成。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行快速有效的建模與 仿真分析 [6]。 本文只應(yīng)用基本模塊： 用戶界面模塊 ADAMS/View。 下面介紹 ADAMS 的三個(gè)最基本模塊的功能： 用戶界面模塊 ADAMS/View 是 ADAMS 的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖像操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作與交互式建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫(huà)顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、 XY 曲線圖處理、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。用戶界 面模塊 ADAMS/View 采用簡(jiǎn)單的分層模式完成建模，提供了豐富的零件幾何圖形庫(kù)、約束庫(kù)和力庫(kù)，此外還提供了位移函數(shù)，速度函數(shù)，力函數(shù)等。 求解器模塊 ADAMS/ Solver ， ADAMS/Solver 能夠自動(dòng)形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算求解結(jié)果。 ADAMS/Solver 有各種建模和求解選項(xiàng)，以便方便地解決各種工程