淺談ADAMS軟件應(yīng)用

【摘要】本文根據(jù)對(duì)ADAMS軟件的特點(diǎn)和其強(qiáng)大的使用性功能，介紹其在相關(guān)行業(yè)和部門(mén)的廣泛應(yīng)用。以舉例的形式從實(shí)際生產(chǎn)生活入手，讓大家從實(shí)踐方面更好的了解ADAMS軟件，深入理解其實(shí)際應(yīng)用的必要性和優(yōu)勢(shì)。在培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，其實(shí)更好的理解和掌握相關(guān)知識(shí)方面具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】ADAMS；仿真；應(yīng)用；分析軟件

一、ADAMS軟件的描述

ADAMS軟件，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）軟件，是專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于機(jī)械產(chǎn)品虛擬樣機(jī)開(kāi)發(fā)方面的分析軟件。而虛擬樣機(jī)是在指在計(jì)算機(jī)中建立出來(lái)的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的模型，并具有需要的某些特定的功能。

虛擬樣機(jī)對(duì)于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。首先，理解什么是虛擬樣機(jī)。樣機(jī)，通常指產(chǎn)品在正式批量生產(chǎn)前或產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后必須對(duì)產(chǎn)品的各種性能進(jìn)行測(cè)試，檢驗(yàn)性能必須滿(mǎn)足條件，比如說(shuō)汽車(chē)振動(dòng)，某個(gè)零件耐久性等。這就需要做一個(gè)樣機(jī)出來(lái)，看看其是否滿(mǎn)足性能要求，如果不滿(mǎn)足就要修改，這種樣機(jī)就稱(chēng)為實(shí)際樣機(jī)，就如生活中很多系列產(chǎn)品推薦新產(chǎn)品時(shí)派發(fā)的樣品或小樣。在此過(guò)程中就存在一個(gè)問(wèn)題，如果產(chǎn)品多處不合格，或者需要反復(fù)修改，每一次都要做樣機(jī)，不僅耗時(shí)耗力耗錢(qián)，而且非常的麻煩。隨著信息時(shí)代的到來(lái)，計(jì)算機(jī)進(jìn)入到我們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面，研發(fā)出各種應(yīng)用的軟件，ADAMS軟件正是為產(chǎn)品的研發(fā)做仿真分析的一款軟件。它針對(duì)在計(jì)算機(jī)上建立的虛擬產(chǎn)品的模型即虛擬樣機(jī)進(jìn)行仿真分析，檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)性能，并對(duì)其設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行修改。整個(gè)過(guò)程全部在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)，大大節(jié)省產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的費(fèi)用，縮短了開(kāi)發(fā)周期，提供了開(kāi)發(fā)效率。所以說(shuō)ADAMS軟件應(yīng)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)是一種非常有效的設(shè)計(jì)手段。

二、ADAMS軟件組成

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)理論中的拉格郎日方程方法，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(xiàn)。其由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊、專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱5類(lèi)模塊組成。

三、ADAMS軟件的應(yīng)用

ADAMS軟件的應(yīng)用體現(xiàn)其獨(dú)特性，一方面作為虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件功能，另一方面，作為虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件。這樣的雙重身份使其在很多領(lǐng)域內(nèi)有著重要的應(yīng)用。

1.在汽車(chē)工程中的應(yīng)用

主要用于汽車(chē)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。對(duì)于復(fù)雜的車(chē)輛動(dòng)態(tài)工況，應(yīng)用有限元軟件來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題是較為困難的，特別是若機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系存在非線(xiàn)性特性，還要考查結(jié)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的應(yīng)力，則有限元軟件是不能直接處理這類(lèi)問(wèn)題的。通過(guò)對(duì)MSC.Nastran和ADAMS軟件的聯(lián)合應(yīng)用，可以很好地解決這類(lèi)問(wèn)題。利用MSC.Nastran生成ADAMS需要的柔性體，在ADAMS中建立整車(chē)剛?cè)峄旌蟿?dòng)力學(xué)模型，模擬任何復(fù)雜的動(dòng)態(tài)工況，并將動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果返回到MSC.Nastran中，可以深入研究結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。具體體現(xiàn)在對(duì)汽車(chē)動(dòng)力性能、制動(dòng)性能、操縱穩(wěn)定性和平順性上研究。例如研究電動(dòng)代步車(chē)的平順性，利用ADAMS和ANSYS兩軟件將車(chē)架柔性化并對(duì)其運(yùn)動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真分析，表明柔性系統(tǒng)的仿真結(jié)果能更真實(shí)、準(zhǔn)確地反映電動(dòng)代步車(chē)的運(yùn)動(dòng)特性，且輸出ADAMS中柔性系統(tǒng)的仿真載荷，在ANSYS中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，可以為車(chē)架提供進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。一種新懸掛式結(jié)構(gòu)座椅，即可調(diào)叉式結(jié)構(gòu)座椅，并用ADAMS軟件對(duì)其垂向振動(dòng)特性進(jìn)行了仿真分析；提出了該座椅進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體方法。還有汽車(chē)的懸架是汽車(chē)的主要總成之一，其對(duì)操縱穩(wěn)定性和平順性的影響至關(guān)重要。ADAMS/CAR模塊內(nèi)有懸架運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)分析的專(zhuān)門(mén)模板，可以方便地建立各種結(jié)構(gòu)形式的懸架，迅速得出懸架的多達(dá)三十多種參數(shù)的性能曲線(xiàn)。模型全部采用數(shù)字化設(shè)計(jì)，可方便地對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行修改和調(diào)整以發(fā)現(xiàn)其對(duì)各種性能參數(shù)的影響，優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，最終為企業(yè)提供產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的解決方案。

2.在航空航天中的應(yīng)用

主要用于小型衛(wèi)星入軌初期動(dòng)力學(xué)與控制仿真、差動(dòng)式機(jī)電緩沖阻尼機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真和飛機(jī)利落架的研究。例如運(yùn)用仿真技術(shù)分析飛機(jī)起落架及全機(jī)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)于降低飛機(jī)研發(fā)成本，提高飛機(jī)性能具有十分重要的工程意義?；诙囿w系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，在分析某型飛機(jī)小車(chē)式起落架的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)和受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建該起落架的多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)起落架著陸時(shí)各部件的動(dòng)力學(xué)方程及運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系。并以ADAMS軟件為分析工具，建立小車(chē)式起落架著陸的ADAMS分析模型，深入分析了小車(chē)式起落架的有關(guān)參數(shù)對(duì)起落架著陸動(dòng)力學(xué)性能的影響，仿真分析對(duì)小車(chē)式起落架進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。最后，建立了由機(jī)身、前起落架緩沖支柱、前起落架機(jī)輪、主起落架緩沖支柱和主起落架機(jī)輪五個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的整機(jī)多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，導(dǎo)出了全機(jī)滑跑的動(dòng)力學(xué)方程組，基于ADAMS/Aircraft模塊進(jìn)行整機(jī)滑跑動(dòng)力學(xué)仿真，研究了不同路面情況對(duì)整機(jī)滑跑動(dòng)力學(xué)性能的影響，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行較深入的分析和研究。為小車(chē)式起落架及飛機(jī)整機(jī)的設(shè)計(jì)和改型提供必要的理論依據(jù)。

還可應(yīng)用CATIA建立了某型飛機(jī)起落架的數(shù)字樣機(jī)和收放運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型，以此為基礎(chǔ)研究了起落架收放系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，為起落架改型設(shè)計(jì)中收放運(yùn)動(dòng)性能分析、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干涉分析奠定了一定的技術(shù)基礎(chǔ)?；贑ATIA和ADAMS軟件，開(kāi)發(fā)了一個(gè)適用于大型飛機(jī)起落架收放動(dòng)力學(xué)性能試驗(yàn)的虛擬樣機(jī)；以某典型型號(hào)飛機(jī)起落架為對(duì)象進(jìn)行了收放動(dòng)力學(xué)仿真分析，并研究探討了影響起落架收放動(dòng)力學(xué)性能的主要因素及其影響程度，對(duì)起落架收放系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。分析了起落架在收放運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所受的各項(xiàng)載荷，并根據(jù)各載荷影響的大小和仿真的條件對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)化，利用ADAMS軟件重點(diǎn)分析了氣動(dòng)阻力、質(zhì)量力、收放作動(dòng)筒液壓力對(duì)收放運(yùn)動(dòng)的影響。

3.在鐵路車(chē)輛及裝備的應(yīng)用

美國(guó)MDI公司北京辦事處與鐵道部四方車(chē)輛研究所合作，利用虛擬樣機(jī)分析軟ADAMS/Rail模塊完成了對(duì)幾種鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真。在整個(gè)工作中，MDI公司北京辦事處始終為用戶(hù)著想，全心全意為用戶(hù)服務(wù)，幫助用戶(hù)在很短時(shí)間內(nèi)掌握并運(yùn)用ADAMS軟件完成三個(gè)項(xiàng)目工作。具體工作如下：在MDI公司的幫助下鐵道部四方車(chē)輛研究所派工程師開(kāi)始應(yīng)用該軟件。MDI公司在整個(gè)過(guò)程中派專(zhuān)業(yè)工程師一直協(xié)作共同完成了項(xiàng)目，并得到了用戶(hù)的認(rèn)可。利用ADAMS/Rail對(duì)我國(guó)自行設(shè)計(jì)的高速鐵路鉸接式客車(chē)單元（3節(jié)車(chē)）進(jìn)行了建模并進(jìn)行了穩(wěn)定性臨界速度分析。在該模型中除常規(guī)建模外還考慮了客車(chē)車(chē)體的彈性，將車(chē)體分成五塊，每?jī)蓧K間利用ADAMS彈性單元連接。利用ADAMS/Rail建立了出口緬甸米軌的三大件式罐車(chē)模型。利用該模型進(jìn)行了穩(wěn)定性臨界速度、曲線(xiàn)通過(guò)性能以及直線(xiàn)響應(yīng)的分析，取得了滿(mǎn)意的結(jié)果?？傊肁DAMS/Rail軟件，工程師不僅可以很方便而且可以快速地建立模型、處理各種約束類(lèi)型和各種懸掛類(lèi)型并進(jìn)行計(jì)算分析，還可以得到你所關(guān)心的所有信息如：穩(wěn)定性臨界速度、各物體的位移、速度、加速度、輪/軌作用力（包括橫向、垂向和縱向）、脫軌系數(shù)、輪重減載率、接觸幾何參數(shù)、蠕滑參數(shù)以及響應(yīng)點(diǎn)的加速度和加速度FFT變換結(jié)果以及平穩(wěn)性指標(biāo)等。同時(shí)還可以利用ADAMS的可視化技術(shù)逼真的顯示輪軌接觸關(guān)系、各部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系等等，另外你可以象在真實(shí)世界里一樣從各種角度以多種方式來(lái)觀察你的設(shè)計(jì)（虛擬樣機(jī)），可以觀察到是否發(fā)生輪緣接觸、間隙是否足夠等等。同樣利用ADAMS/Rail建立了標(biāo)準(zhǔn)軌距三大件罐車(chē)模型，進(jìn)行了穩(wěn)定性臨界速度、曲線(xiàn)通過(guò)性能及橫向直線(xiàn)響應(yīng)的分析，均取得了滿(mǎn)意的計(jì)算結(jié)果。

4.在工業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械方面的應(yīng)用

ADAMS在機(jī)械工業(yè)和工程機(jī)械中的主要應(yīng)用于點(diǎn)焊機(jī)器人大臂機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真，基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的步行機(jī)步態(tài)軌跡及仿真和雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)的五自由度動(dòng)力學(xué)模型等方面的方針?lè)治觥?/p>

四、結(jié)束語(yǔ)

ADAMS軟件其強(qiáng)大的組成模塊和功能特點(diǎn)，使其在高科技發(fā)展的眾多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且我相信，在今后的應(yīng)用領(lǐng)域還會(huì)更多。ADAMS軟件帶給社會(huì)的科技變革是時(shí)代進(jìn)步的必然結(jié)果，是信息技術(shù)時(shí)代的全世界范圍內(nèi)來(lái)臨的體現(xiàn)。其具有廣闊的潛在發(fā)展空間，學(xué)好和掌握ADAMS軟件的功能和實(shí)際應(yīng)用，是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)人員必然要掌握的一門(mén)技術(shù)，更是對(duì)想從事此行業(yè)的人們必須認(rèn)清和了解的一門(mén)技術(shù)手段。

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作者簡(jiǎn)介：沐影（1986—），女，吉林四平人，畢業(yè)于武漢理工大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)，工學(xué)學(xué)士，助教，現(xiàn)供職于三峽電力職業(yè)學(xué)院，研究方向：機(jī)械方向。