【正文】 通過上面的例子可以看出，結(jié)合CAD軟件和有限元分析軟件，運用ADAMS對發(fā)動機曲軸系進行多體系統(tǒng)動力學(xué)分析，不僅可以計算出各構(gòu)件的運動規(guī)律和構(gòu)件間的作用力，還可以進行平衡性、扭振等動力學(xué)分析；發(fā)動機曲軸系的多體系統(tǒng)動力學(xué)分析根據(jù)其內(nèi)容的不同,可以建立不同的模型。本文利用某型車輛V型六缸發(fā)動機曲軸系的多體系統(tǒng)模型，計算得到發(fā)動機以其額定轉(zhuǎn)速運行時自由端產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形。由于曲軸彎曲振動的自振頻率相當(dāng)高，其共振轉(zhuǎn)速比發(fā)動機常用轉(zhuǎn)速高得多，因此在初步計算中可不予考慮。切向力產(chǎn)生扭矩，帶動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，不均勻的扭矩將引起曲軸的扭振。2）曲軸的扭振分析往復(fù)活塞式發(fā)動機各缸的工作是周期性的，氣缸內(nèi)的氣體壓力和活塞、連桿等運動質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力傳遞到曲軸上，使曲軸承受著周期性交變載荷的作用。將多剛體系統(tǒng)中的剛體曲軸換為柔性曲軸就得到多體系統(tǒng)模型，如圖519所示。圖518就是在ANSYS中建立的曲軸有限元模型。2）含曲軸柔性體的多體系統(tǒng)模型圖517　多剛體系統(tǒng)模型曲軸的柔性體是利用有限元分析軟件ANSYS對曲軸建立有限元模型，并進行模態(tài)分析計算出曲軸的前20階模態(tài)之后，產(chǎn)生一個模態(tài)中性文件（.mnf文件）輸入ADAMS中建立的。（2）某型車輛V型六缸發(fā)動機曲軸系的多體系統(tǒng)模型1）多剛體系統(tǒng)模型該模型可用于計算系統(tǒng)中各構(gòu)件的運動規(guī)律及構(gòu)件間的相互作用力，進行平衡性分析。系統(tǒng)中各構(gòu)件間的約束視分析的問題可采用理想約束，但在計算機體的支承力時應(yīng)計及支承剛度，即采用彈性支承。模態(tài)分析可利用有限元分析軟件來完成，通過生成模態(tài)中性文件（.mnf文件）可直接輸入ADAMS建立柔性體模型。一種方法是根據(jù)傳統(tǒng)的將曲軸系簡化為盤軸系統(tǒng)的思想，將曲軸劃分為由自由端、曲柄段、主軸頸段和尾段等若干剛性段組成的系統(tǒng)，每段之間采用彈性聯(lián)接，其剛度就是被連接兩軸段之間的剛度，剛度值可運用有限元分析得到。而要分析曲軸系的振動，則需要將曲軸建為柔性體。（1）發(fā)動機曲軸系的建模方法根據(jù)分析的具體內(nèi)容不同，發(fā)動機曲軸系可以建為不同的模型。因此有必要在發(fā)動機設(shè)計階段進行平衡性分析和曲軸系的振動分析，為設(shè)計選型和具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。作用于系統(tǒng)上的力來自兩個方面，一是氣缸內(nèi)的氣體爆發(fā)壓力，二是運動質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力，它們會對機體產(chǎn)生作用力和力矩。這類軟件通常有三個功能：構(gòu)造虛擬環(huán)境、創(chuàng)建樹狀結(jié)構(gòu)的虛擬世界、模擬虛擬世界的物理行為。(5) 虛擬環(huán)境化軟件幫助用戶創(chuàng)造虛擬環(huán)境的通用和商業(yè)化軟件，可以幫助用戶節(jié)約開發(fā)時間，減少建模成本。從本質(zhì)上而言，圖像編輯軟件共分為標(biāo)量圖和矢量圖兩類。這種方法適于模擬特征值經(jīng)歷突變的系統(tǒng)或高頻系統(tǒng)。這種方法適于模擬剛性系統(tǒng)(特征值變化范圍大的系統(tǒng))。如定義系統(tǒng)的狀態(tài)矢量，式（52）可寫成單一矩陣方程。ADAMS程序采用拉格朗日乘子法建立系統(tǒng)運動方程(矩陣形式)：（完整約束方程）（非完整約束方程）（51）式中 ——系統(tǒng)功能；——系統(tǒng)廣義坐標(biāo)列陣；——廣義力列陣；——對應(yīng)于完整約束的拉氏乘子列陣；——對應(yīng)于非完整約束的拉氏乘子列陣。ADAMS用剛體i的質(zhì)心笛卡爾坐標(biāo)和反映剛體方位的歐拉角(或廣義歐拉角)作為廣義坐標(biāo)，即。5)友好的接口ADAMS可通過相應(yīng)接口與CATIA、UG、PRO/E、ANSYS等優(yōu)秀的CAD/CAE/CAM工具聯(lián)合使用，使它的功能從多體動力學(xué)分析直接擴展到在可變實驗條件下對柔體、流體等的仿真。在ADAMS中用戶可以直觀地看到不同的參數(shù)（如幾何參數(shù)、驅(qū)動力矩、約束副的位置及系統(tǒng)的初始狀態(tài)等）對目標(biāo)函數(shù)（系統(tǒng)某種綜合性能指標(biāo)，如重量）影響的大小，并把這種影響定量化，從而為精確確定參數(shù)的優(yōu)化方案奠定了堅實的基礎(chǔ)，最終完成各影響因素與目標(biāo)之間的最佳組合。ADAMS仿真可以增設(shè)傳感器、模擬系統(tǒng)的故障狀態(tài)、提供故障仿真信息從而幫助用戶建立系統(tǒng)“病歷檔案”，以此預(yù)先確定系統(tǒng)在發(fā)生故障時的行為特征，最后運用故障診斷的逆推理機制進行故障預(yù)測與故障定位。當(dāng)仿真完成之后再利用ADAMS可對數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的信號處理，常用的策略是頻譜分析及數(shù)據(jù)濾波處理，這一方法在信號分析技術(shù)中已成為一個重要的手段，并成為“傾聽”系統(tǒng)振動、噪音、排除“白噪聲”影響的首選方案；另一措施是根據(jù)輸入/輸出關(guān)系確定傳遞函數(shù)，從而總體描述系統(tǒng)的整體行為特征，為用戶建立系統(tǒng)檔案。2)建立對系統(tǒng)的“透視”與“聽覺”能力物理樣機的致命缺陷是封裝信息，也就是說在現(xiàn)實系統(tǒng)中，很多情況下難以運用理想的方式來測試其工作情況或局部信息，而由ADAMS所建立的虛擬樣機仿真系統(tǒng)能給機械設(shè)備進行任意時間任意位置的行為“透視”，從而建立現(xiàn)實物理樣機根本無法獲得的系統(tǒng)分析的第一手數(shù)據(jù)。ADAMS的動態(tài)檢測相對于一般靜態(tài)檢測的明顯優(yōu)勢在于，它能動態(tài)地測量信號在某一時刻的大小，從而有利于分析信號發(fā)生的規(guī)律，同時，動態(tài)測量是以信號的不失真復(fù)現(xiàn)作為基礎(chǔ)，重點研究測試系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)、信號的不失真?zhèn)鬟f、噪聲的耦合和消除等等與信號有關(guān)的一系列問題。ADAMS包括近20個功能各異的模塊，其中ADAMS/Solver（求解器）與ADAMS/View（圖形建模模塊）是核心模塊，它們?nèi)缤梭w的心臟及外表一樣以最友好的交互處理界面，擔(dān)負著最關(guān)鍵的求解分析職責(zé)，其它諸模塊分別是基于這兩核心模塊之上不同領(lǐng)域中專業(yè)化的建模、仿真求解工具，如行業(yè)化模塊有ADAMS/Car（轎車分析模塊）、ADAMS/Driver（駕駛員分析模塊）、ADAMS/Tire（輪胎仿真分析模塊）、ADAMS/Rail（鐵路分析模塊）、ADAMS/Engine（引擎分析模塊）等；功能化模塊有ADAMS/Pre（前處理模塊）、ADAMS/Insight（實驗設(shè)計模塊）、ADAMS/Hydraulics（液壓分析模塊）、ADAMS/Flex（柔體仿真分析模塊）、ADAMS/Controls（控制分析模塊）等。機械系統(tǒng)自動動力仿真程序ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)采用模擬樣機技術(shù)，將強大的大位移、非線性分析求解功能與使用方便的用戶界面相平衡，并提供與其它CAE軟件，如控制分析軟件MatriXx、有限元分析軟件ANSYS等的集成模塊擴展設(shè)計手段。由于3D設(shè)計軟件一般都采用基于特征的參數(shù)化造型方法，因此，特別容易對三維虛擬實體零部件的結(jié)構(gòu)特征進行修改，以滿足可裝配性、可制造性等方面的要求；利用裝配技術(shù)，得到三維虛擬樣機，通過運動仿真和干涉檢驗、修改和完善設(shè)計方案；一些3D軟件提供了基于Web的數(shù)據(jù)共享技術(shù)和直接轉(zhuǎn)換成CAM/CAE數(shù)據(jù)的接口，使CAD/CAM/CAE甚至CAPP等能夠集成在一個平臺上。將機械設(shè)計分解成若干個子模塊，在基于PC機的windows環(huán)境下，先用AutoCAD對每個子模進行精確的三維建模，再將三維模型導(dǎo)入到3D StudioMax中進行定位零件圖實體造型裝配（有無靜干涉）動態(tài)仿真（有無動干涉）結(jié)果評價是是否否圖515 設(shè)計流程圖裝配、虛擬動態(tài)設(shè)計，最后經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整而得到所需的二維視圖，從而完成機械產(chǎn)品的設(shè)計， 設(shè)計流程圖見圖515 所示。AutoCAD是精確的建模軟件，主要用于設(shè)計各種復(fù)雜的幾何圖形；3D StudioMax是功能強大的建模程序，它能讓用戶方便地建立各種圖形并將其形成動畫，構(gòu)成虛擬現(xiàn)實效果。兩個程序的坐標(biāo)系統(tǒng)兼容，在加載或合并時ＤＸＦ輸出能位于同一位置。盡管3D StudioMax功能很強大，但它在建模方面不精確。3D StudioMax是一個優(yōu)秀的三維建模及動畫編輯、制作軟件。它具有強大的三維造型能力和強化的AutoLisp編程語言，作為一個靜態(tài)設(shè)計軟件，AutoCAD無疑是一個極佳的通用圖形平臺。AutoCAD是一個開放環(huán)境，它能讓用戶根據(jù)需要定制許多功能。　 AutoCAD技術(shù)利用計算機運算速度快、計算精度高、存儲信息量大和邏輯推理能力強等優(yōu)點，優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，降低產(chǎn)品設(shè)計成本，使工程師們從繁重的體力勞動中解放出來，大大提高了設(shè)計效率，最大限度地發(fā)揮設(shè)計人員的創(chuàng)造性和經(jīng)驗?，F(xiàn)有3D建模軟件，一般是基于ACIS或Parasolid實體建模功能建立幾何模型，或是生成經(jīng)裁剪和非經(jīng)裁剪的NURBS IGES曲面。VRML將創(chuàng)造一種融多媒體、三維圖形、網(wǎng)絡(luò)通訊、虛擬現(xiàn)實為一體的新型媒體，兼具先進性和普及性。虛擬現(xiàn)實作為一種全新的人——機接口技術(shù)，必須研究用戶和計算機之間的協(xié)調(diào)關(guān)系問題，這樣一個問題只有通過大量的使用才能逐步解決，VRML以因特網(wǎng)作為應(yīng)用平臺，最有希望成為構(gòu)筑虛擬現(xiàn)實應(yīng)用的基本構(gòu)架。而在VRML中共定義了8個組節(jié)點，每個組節(jié)點都有一個children域，它又可以包含一組子節(jié)點。4)節(jié)點的實現(xiàn)包括如下的內(nèi)容：①節(jié)點在虛擬世界中展現(xiàn)給瀏覽者的視覺外觀和聽覺外觀； ②對接收到的入事件做何反映，以及如何產(chǎn)生出事件。VRML通過ROUTO語句把事件入口聯(lián)系起來，構(gòu)成事件體系。2)每個節(jié)點都屬于某個類型，同時用戶還可通過PROTO和EXTERNPROTO來定義自己的節(jié)點類型。VRML文件的基本單元是節(jié)點，每個節(jié)點都可以有五個方面的特征，即名字、類型、域、事件、實現(xiàn)。VRML本質(zhì)上是一種用于造型的腳本語言，與目前比較成熟的造型軟件如AutoCAD、3D Studio MAX等相比，其最大特色是實時渲染。VRML的作用就是用來創(chuàng)建VRML虛擬現(xiàn)實場景，它把“虛擬世界”看成一個“場景”，而場景中的一切都看成“對象”(也就是一個“節(jié)點”)，對每一個對象的描述就構(gòu)成了VRML文件。發(fā)展至今，VRML已經(jīng)有了不少成功的案例。VRML的基本特征包括分布式、交互式、平臺無關(guān)、三維場景、多媒體集成、逼真自然等，被稱為“第二代WEB”，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。虛擬現(xiàn)實造型語言VRML(Virtual Reality Modeling Language)是描述3D虛擬場景的一種標(biāo)準(zhǔn)，利用它可以在Internet上建立交互式的三維多媒體的境界。(1) 語言類軟件語言類軟件如VRML、Fortran、C＋＋、Java、OpenGL等都可以作為開發(fā)應(yīng)用程序的語言工具。 完整意義上的虛擬環(huán)境由硬件、軟件和用戶界面三個部分組成。若干個元模型組成機構(gòu)模型，若干機構(gòu)模型組成產(chǎn)品的部件模型集，部件模型再構(gòu)成整個產(chǎn)品的裝配樹模型。每個性能仿真模型的數(shù)據(jù)格式都采用STEP標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品層面上，由系統(tǒng)開發(fā)者根據(jù)開發(fā)目標(biāo)，對產(chǎn)品特征、性能仿真的需要進行基于不同目的信息建模和集成，參照STEP應(yīng)用協(xié)議AP214，建立面向并行工程應(yīng)用的特征信息模型，用Express表達，該模型經(jīng)Express2expg處理后，可以轉(zhuǎn)換成ExpressG的圖形化模型，以便于虛擬現(xiàn)實的可視化。使用STEP標(biāo)準(zhǔn)可在產(chǎn)品生命周期中實現(xiàn)所有與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)的完整表達，因此，它適合于集成建模。2)產(chǎn)品模型的建模 集成化產(chǎn)品模型中各模型的數(shù)據(jù)傳輸、交換和共享是極為重要的，它本身也是建模的一部分?？紤]到集成化的產(chǎn)品模型的多目的虛擬仿真、虛擬裝配要求，即每一模型可以完成某一或多個仿真的目的，其中有可能包含面向結(jié)構(gòu)的、面向幾何的、面向特征的及面向知識的產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型應(yīng)是產(chǎn)品最高一個層次的模型，其結(jié)構(gòu)見圖514。效應(yīng)器是本Agent影響或改變其它Agent及環(huán)境的界面，完成的設(shè)計任務(wù)由它輸出給系統(tǒng)并被其它Agent所感知。角色列表是本Agent在系統(tǒng)中所承擔(dān)的任務(wù)列表，并將任務(wù)定義成可求解的具體問題。角色列表任務(wù)求解感知器效應(yīng)器通信管理圖513　機構(gòu)模型的基本Agent結(jié)構(gòu) 感知器是Agent接受外部世界信息的感覺通道，可以感知其它Agent已成功設(shè)計的機構(gòu)對本機構(gòu)設(shè)計的影響。在設(shè)計時，不同設(shè)計人員可分別基于Internet/Intranet作為同一或不同Agent同時進行機構(gòu)設(shè)計，從而形成多Agent系統(tǒng)。2)機構(gòu)模型的建模方法 產(chǎn)品設(shè)計通常是多人在計算機網(wǎng)絡(luò)上同時進行的，為此，機構(gòu)模型可采用元模型…子機構(gòu)模型1元模型元模型父機構(gòu)模型1元模型…子機構(gòu)模型N元模型元模型……機構(gòu)組成專家系統(tǒng)N層父機構(gòu)模型n…機構(gòu)部件模型……圖512　機構(gòu)模型的樹形結(jié)構(gòu)圖Agent系統(tǒng)的方法建模，每一個機構(gòu)可以成為一個Agent，一個大的Agent包含多個小的Agent。機構(gòu)模型呈樹形，元模型作為葉節(jié)點，機構(gòu)模型要調(diào)用零件元模型的數(shù)據(jù)，父機構(gòu)要用到子機構(gòu)模型的數(shù)據(jù)，再上層的爺節(jié)點調(diào)用父節(jié)點的數(shù)據(jù)，依此類推，一直到一個獨立的部件或產(chǎn)品的獨立部分為止，而且各層機構(gòu)模型中要有一個機構(gòu)專家系統(tǒng)模塊，以便對各層機構(gòu)的組成、功能及機理進行映射。(2) 機