【文章內(nèi)容簡介】 國 MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開 發(fā)的虛擬樣機分析軟件。目前， ADAMS 己經(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 年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際市場份額的統(tǒng)計資料， ADAMS 軟件銷售總額近8 千萬美元、占據(jù)了 51%的份額。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 加速度和反作用力曲線。 ADAMS 軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢 測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。 ADAMS 一方面是虛擬樣機分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進行特殊類型虛擬樣機分析的二次開發(fā)工具平臺。 ADAMS 軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本： UNIX 版和 Windows NT/2021版。本書將以 Windows 2021 版的 為藍本。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱 5 類模塊組成 ，如表 11 所示。用戶不僅可以采用通用模塊對一般的機械系統(tǒng)進行仿真，而且可以采用專用模塊針對特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進行快速有效的建模與仿真分析。 表 ADAMS 軟件模塊 Tabl ADAMS software modules 基本模塊 用戶界面模塊 ADAMS／ View 求解器模塊 ADAMS／ Solver 后處理模塊 ADAMS／ PostProcessor 擴展模塊 液壓系統(tǒng)模塊 ADAMS/Hydraulics 振動分析模塊 ADAMS/Vibration 線性化分析模塊 ADAMS/Linear 高速動畫模塊 ADAMS/Animation 試驗設(shè)計與分析模塊 ADAMS/Insight 耐久性分析模塊 ADAMS/Durability 數(shù)字化裝配回放模塊 ADAMS/DMU Replay 接口模塊 柔性分析模塊 ADAMS/Flex 控制模塊 ADAMS/Controls 圖形接口模塊 ADAMS/Exchange CATIA 專業(yè)接口模塊 CAT/ADAMS Pro/E 接口模塊 Mechanical/Pro 專業(yè)領(lǐng)域模塊 轎車模塊 ADAMS/Car 懸架設(shè)計軟件包 Suspension Design 概念化懸架模塊 CSM 駕駛員模塊 ADAMS/Driver 動力傳動系統(tǒng)模塊 ADAMS/Driveline 輪胎模塊 ADAMS/Tire 柔性環(huán)輪胎模塊 FTire Module 柔性體生成器模塊 ADAMS/FBG 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 經(jīng)驗動力學(xué)模型 EDM 發(fā)動機設(shè)計模塊 ADAMS/Engine 配氣機構(gòu)模塊 ADAMS/Engine Valvetrain 正時鏈模塊 ADAMS/Engine Chain 附件驅(qū)動模塊 Accessory Drive Module 鐵路車輛模塊 ADAMS/Rail FORD 汽車公司專用汽車模塊 ADAMS/Pre （現(xiàn)改名為Chassis） 工具箱 軟件開發(fā)工具包 ADAMS/SDK 虛擬試驗工具箱 Virtual Test Lab 虛擬試驗?zāi)B(tài)分析工具箱 Virtual Experiment Modal Analysis 鋼板彈簧工具箱 Leafspring Toolkit 飛機起落架工具箱 ADAMS/Landing Gear 履帶 /輪胎式車輛工具箱 Tracked/Wheeled Vehicle 齒輪傳動工具箱 ADAMS/Gear Tool ADAMS 軟件基本模塊 1） 用戶界面模塊（ ADAMS/View） ADAMS/View 是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標操作、菜單操作、鼠標點取操作與交互式圖形建模、仿真計算、動畫顯示、優(yōu)化設(shè)計、 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。 ADAMS/View 采用簡單的分層方式完成建模工作。采用 Parasolid 內(nèi) 核進行實體建模，并提供了豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力 /力矩庫，并且支持布爾運算、支持FORTRAN/77 和 FORTRAN/90 中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力 /力矩函數(shù)、合力 /力矩函數(shù)、數(shù)據(jù)元函數(shù)、若干用戶子程序函數(shù)以及常量和變量等。 自 版后， ADAMS/View 采用用戶熟悉的 Motif 界面 (UNIX 系統(tǒng) )和 Windows 界面 (NT 系統(tǒng) )，從而大大提高了快速建模能力。在 ADAMS/View 中，用戶利用 TABLE EDITOR，可像用 EXCEL 一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時還提供了 PLOT BROWSER和 FUNCTION BUILDER 工具包。 DS(設(shè)計研究 )、 DOE(實驗設(shè)計 )及 OPTIMIZE(優(yōu)化 )功能可使用戶方便地進行優(yōu)化工作。 ADAMS/View 有自己的高級編程語言，支持命令行輸 λ 命令和 C++語言，有豐富的宏命令以及快捷方便的圖標、菜單和對話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能。 ADAMS/View 模塊界面如圖 所示。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 圖 ADAMS/View 模塊 ADAMS / View Module ADAMS/View 新版采用了改進的動畫 /曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動畫和曲線圖；具有豐富的二維碰撞副，用戶可以對具有摩擦的二維點－曲線、圓－曲線、平面－曲線、以及曲線－曲線、實體－實體等碰撞副自動定義接觸力；具有實用的 Parasolid 輸入 /輸出功能，可以輸入 CAD 中生成的 Parasolid 文件，也可以把單個構(gòu)件、或整個模型、或在某一指定的仿真時刻的模型輸出到一個 Parasolid 文件中；具有新型數(shù)據(jù)庫圖形顯示功能，能夠在同一圖形窗口內(nèi)顯示模型的拓撲結(jié)構(gòu)，選擇某一構(gòu)件或約束 (運動副或力 )后顯示與此項 相關(guān)的全部數(shù)據(jù)；具有快速繪圖功能，繪圖速度是原版本的 20 倍以上；采用合理的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)向器，可以在一次作業(yè)中利用一個名稱過濾器修改同一名稱中多個對象的屬性，便于修改某一個數(shù)據(jù)庫對象的名稱及其說明內(nèi)容；具有精確的幾何定位功能，可以在創(chuàng)建模型的過程中輸入對象的坐標、精確地控制對象的位置；多種平臺上采用統(tǒng)一的用戶界面、提供合理的軟件文檔；支持 lntel Windows NT平臺的快速圖形加速卡，確保 ADAMS/View 的用戶可以利用高性能 OpenGL 圖形卡提高軟件的性能；命令行可以自動記錄各種操作命令，進行自動檢查。 2） 求解器模塊 (ADAMS/Solver) ADAMS/Solver 是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是 ADAMS 產(chǎn)品系列中處于心臟地位的仿真器。該軟件自動形成機械系統(tǒng)模型的動力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)的解算結(jié)果。 ADAMS/Solver 有各種建模和求解選項，以便精確有效地解決各種工程應(yīng)用問題。 ADAMS/Solver 可以對剛體和彈性體進行仿真研究。為了進行有限元分析和控制系統(tǒng)研究，用戶除要求軟件輸出位移、速度、加速度和力外，還可要求模塊輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。用戶可以通過運動副、運動激勵 ，高副接觸、用戶定義的子程序等添加不同的約束。用戶同時可求解運動副之間的作用力和反作用力，或施加單點外力。 ADAMS/Solver 新版中對校正功能進行了改進，使得積分器能夠根據(jù)模型的復(fù)雜程山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 度自動調(diào)整參數(shù)，仿真計算速度提高了 30%；采用新的 S12 型積分器（ Stabilized Index 2 intergrator），能夠同時求解運動方程組的位移和速度，顯著增強積分器的魯棒性，提高復(fù)雜系統(tǒng)的解算速度；采用適用于柔性單元 (梁、襯套、力場、彈簧 阻尼器 )的新算法，可提高 S12 型積分器的求解精度和魯棒性；可以將樣 條數(shù)據(jù)存儲成獨立文件使之管理更加方便，并且 spline 語句適用于各種樣條數(shù)據(jù)文件，樣條數(shù)據(jù)文件子程序還支持用戶定義的數(shù)據(jù)格式；具有豐富的約束摩擦特性功能，在 Translational, Revolute, Hooks, Cylindrical, Spherical, Universal 等約束中可定義各種摩擦特性。 3） 后處理模塊（ ADAMS/Postprocessor） MDI 公司開發(fā)的后處理模塊 ADAMS/Postprocessor，用來處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)、顯示仿真動畫等。既可以在 ADAMS/View 環(huán)境中 運行，也可脫離該環(huán)境獨立運行。如圖 所示。 ADAMS/Postprocessor 的主要特點是，采用快速高質(zhì)量的動畫顯示，便于從可視化角度深入理解設(shè)計方案的有效性；使用樹狀搜索結(jié)構(gòu)，層次清晰，并可快速檢索對象；具有豐富的數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù)處理及文件輸出功能；具有靈活多變的窗口風格，支持多窗口畫面分割顯示及多頁面存儲；多視窗動畫與曲線結(jié)果同步顯示，并可錄制成電影文件；具有完備的曲線數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能：如均值、均方根、極值、斜率等；具有豐富的數(shù)據(jù)處理功能，能夠進行曲線的代數(shù)運算、反向、偏置、縮放、編輯和生成波特圖等； 為光滑消隱的柔體動畫提供了更優(yōu)的內(nèi)存管理模式；強化了曲線編輯工具欄功能；能支持模態(tài)形狀動畫，模態(tài)形狀動畫可記錄的標準圖形文件格式有： *.gif， *.jpg， *.bmp， *.xpm， *.avi 等；在日期、分析名稱、頁數(shù)等方面增加了圖表動畫功能；可進行幾何屬性的細節(jié)的動態(tài)演示。 圖 ADAMS/Postprocessor 模塊 ADAMS / Postprocessor Module 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 ADAMS/Postprocessor 的主要功能包括： ADAMS/Postprocessor 為用戶觀 察模型的運動提供了所需的環(huán)境，用戶可以向前、向后播放動回，隨時中斷播放動畫，而且可以選擇員佳觀察視角，從而使用戶更容易地完成模型排錯任務(wù)；為了驗證 ADAMS 仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的有效性．可以輸入測試數(shù)據(jù)，并測試數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果數(shù)據(jù)進行繪圖比較，還可對數(shù)據(jù)結(jié)果進行數(shù)學(xué)運算、對輸出進行統(tǒng)計分析；用戶可以對多個模擬結(jié)果進行圖解比較，選擇合理的設(shè)計方案；可以幫助用戶再現(xiàn) ADAMS 中的仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)，以提高設(shè)計報告的質(zhì)量；可以改變圖表的形式，也可以添加標題和注釋；可以載入實體動畫，從而加強仿真分析結(jié)果數(shù)據(jù)的表達效果；還可 以實現(xiàn)在播放三維動畫的同時，顯示曲線的數(shù)據(jù)位置，從而可以觀察運動與參數(shù)變化的對應(yīng)關(guān)系。 ADAMS 仿真分析步驟 ADAMS 仿真分析步驟如圖 所示，其中，產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型是在計算機中建立的反映產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征和屬性數(shù)據(jù)的靜態(tài)產(chǎn)品模型。它是進行仿真、分析、優(yōu)化的基礎(chǔ)。ADAMS 具有建模、施加運動約束的功能。對于復(fù)雜的產(chǎn)品，其三維幾何模型的建立、產(chǎn)品預(yù)裝配通常在 CAD 軟件（如 UC、 PRO— E 等）中完成。然后通過格式轉(zhuǎn)換，導(dǎo)入 ADAMS 環(huán)境。環(huán)境定義數(shù)據(jù)指在產(chǎn)品工作過程中，施加在產(chǎn)品上的外 界激勵的總稱。對產(chǎn)品進行受力分析和運動分析，使產(chǎn)品受到和真實工作中相同的各種力和外界作用。在產(chǎn)品仿真的同時，可以對產(chǎn)品感興趣的零件運動參數(shù)設(shè)置測量，繪制仿真結(jié)果曲線。通過對曲線數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的對比分析，可以驗證模型的正確性。同時，確定是否要修正模型。在仿真模型驗證正確的基礎(chǔ)上，可以對產(chǎn)品設(shè)置可控參數(shù)，根據(jù)需求，有目的的對模型進行優(yōu)化分析。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 11 三 維 幾 何 模 型施 加 形 位 約 束 （ 產(chǎn) 品 裝 配 ）施 加 運 動 約 束 （ 運 動 副 ）建 立 屬 性 數(shù) 據(jù)