最新MSC培训教程第6章资料Word下载.docx

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6.3自由度（DOF）

6.3.1约束副和自由度

（1）在机械系统仿真（MSS）中，每个自由度要对应于至少一个方程。

（2）一个在三维空间自由漂移的刚体拥有6个自由度（如图6-3所示）。

（3）一个约束副根据其类型可以从系统中去除一个或多个自由度。

图6-3自由漂移的刚体模型

6.3.2确定系统自由度的数目

（1）ADAMS使用Gruebler算法可以提供系统自由度的估算数目：

（2）当检查到有下列情况发生的时候，ADAMS提供系统自由度的实际数目：

•固定物体被约束副连接；

•正确的方向被约束；

•约束去除了正确的自由度（移动或者旋转）；

•在系统中有多余的约束。

6.4约束副的初始条件

约束副初始条件的特性，包括：

（1）对于旋转副、移动副和圆柱副，可以确定位移和速度的初始条件。

（2）ADAMS在仿真时，使用约束副给定的初始条件，而忽略约束副上的作用力。

（3）如果没有给定约束副的初始条件，ADAMS在仿真时根据约束副上的作用力，计算相连接物体的初始条件。

6.5合并几何体

将复杂几何体连接在物体上的方法，有以下两种：

（1）使用固定副将几何体约束到物体上，如图6-4所示。

图6-4使用固定副

（2）在已经存在的物体上增加新的几何体，如图6-5所示。

图6-5增加新几何体

注意：

如果在一个刚体上合并几何体，而不是约束多个物体，ADAMS/Solver可以更好地进行仿真运算。

问题：

当合并几何体时，叠加的体积如何计算？

6.6角度的测量

在ADAMS中可以测量的角度，包括：

（1）两个矢量之间的角度；

（2）由三个标记点确定的角度（如图6-6所示）；

（3）在仿真过程中，确定的角度。

图6-6角度测量

（1）角度测量的单位是当前ADAMS/View的角度单位（角度或者弧度）。

（2）角度测量可以定义符号的正负（+/-），例如第一个非零值为正值。

6.7单自由度摆实习

6.7.1陈述问题

一根杆在垂直平面内绕A点摆动（如图6-7所示），给定它的初始角位移（

图6-7单自由度摆

6.7.2开始实习

首先，从目录exercise_dir/mod_06_pendulum中，启动ADAMS/View，然后创建一个新模型。

在这个目录中执行ADAMS/View时，可以保证所有保存的数据存储在该目录中。

为了启动ADAMS/View和创建模型，参阅以下步骤：

（1）启动ADAMS/View。

（2）将目录设置到：

exercise_dir/mod_06_pendulum。

（3）创建一个名称为pendulum的模型，其重力设置为earthnormal（-globaly），单位设置为MMKS-mm,Kg,N,s,deg。

6.7.3创建摆的连杆

现在，使用下列参数创建摆的连杆：

•宽度（Width）：

20mm

•厚度（Depth）：

27.5mm

•端点（Endpoint）：

（0,0,0）和（450,0,0）。

为了创建连杆，参阅以下步骤：

（1）打开坐标窗口。

（2）在主工具箱中，右击RigidBody工具架，然后选择Link工具

。

（3）在选项栏中，选择和输入以下内容：

•选择NewPart选项；

•选择Length选项，并且在Length文本框中，输入450mm，然后按Enter键。

•选择Width选项，并且在Width文本框中，输入20mm，然后按Enter键。

•选择Depth选项，并且在Depth文本框中，输入27.5mm，然后按Enter键。

（4）使用鼠标，选择点（0,0,0）和点（450,0,0）作为连杆端点的位置。

提示：

使用位置转换器（离开模型，击右键）可以帮助选择端点。

在击右键时，ADAMS窗口的右上角出现位置转换器，在上部的文本框中输入连杆的坐标，并且按Enter键。

6.7.4创建球体

下一步，使用下列参数创建摆的球体：

•增加到物体上（AddtoPart）

•半径（Radius）：

25mm

•中心（Centerpoint）：

（450,0,0）。

为了创建球体，参阅以下步骤：

（1）在主工具箱中，右击RigidBody工具架，然后选择Sphere工具

（2）在选项栏中，选择和输入以下内容：

•选择AddtoPart选项；

•选择Radius选项，并且在Radius文本框中，输入25mm，然后按Enter键。

（3）使用鼠标，选择PART_2作为增加球体的参考物体。

（4）使用鼠标，选择点（450,0,0）作为球体的中心。

6.7.5重命名摆

现在，对摆重新命名，即将PART_2重命名为Pendulum。

为了重命名摆，参阅以下步骤：

（1）右击连杆Link，指向Part:

PART_2，然后选择Rename选项。

出现重命名对象对话窗。

（2）在NewName文本框中，输入.Pendulum.Pendulum，然后单击OK按钮。

6.7.6设置摆的质量

现在，将摆的质量设置为2kg，将三个转动惯量（Ixx,Iyy,Izz）均设置为0，并且改变质心的位置。

为了设置摆的质量，参阅以下步骤：

（1）右击摆Pendulum，指向Part:

Pendulum，然后选择Modify选项。

出现修改刚体对话窗。

（2）在Mass&

Inertiadefinedby文本框中，选择UserInput选项。

如果出现警告窗口，将其关闭。

（3）在Mass文本框中，输入2.0，然后单击Apply按钮。

（4）在Inertia文本框（Ixx,Iyy,Izz）中，输入0。

（5）单击Apply按钮。

保持质量和转动惯量对话窗为打开状态。

（6）右击CenterofMassMarker文本框，指向Pendulum.Pendulum.cm，然后选择Modify选项。

（7）在Location文本框中，输入450,0,0。

（8）在两个对话窗中，单击OK按钮。

创建的模型应该如图6-8所示。

图6-8单摆模型

6.7.7创建转轴

本节将创建大地和摆之间在A点处作为转轴的旋转副，如图6-7所示，并且将其重新命名为Pivot。

为了创建转轴，参阅以下步骤：

（1）在主工具箱中，右击Joint工具架，然后选择Revolutejoint工具，如图6-9所示。

（2）在选项栏中，选择2Bod-1loc和NormaltoGrid。

（3）选择Pendulum作为firstbody。

（4）选择ground作为secondbody。

（5）选择0,0,0作为location。

图6-9约束副工具架

为了重命名约束副，参阅以下步骤：

（1）右击revolute约束副，指向Joint:

JOINT_1，然后选择Rename选项。

（2）在NewName文本框中，输入.Pendulum.pivot，然后单击OK按钮。

6.7.8创建测量

创建两个对象（约束副）的测量，以用来跟踪支撑销在

、

方向上的支撑力。

为了创建对象的测量，参阅以下步骤：

（1）右击pivot约束副，指向Joint:

pivot，然后选择Measure选项。

出现约束副测量对话窗。

（2）在对话窗中，完成以下工作：

•在Measurename文本框中，输入：

pivot_force_x。

•设置Characteristic为Force，并且选择X作为Component。

•确认已经选择了.pendulum.MARKER_4和CreateStripChart选项。

•单击Apply按钮。

出现一个曲线窗口，显示约束副在仿真和动画过程中的受力曲线。

（3）在对话窗中，继续完成以下工作：

•在Measurename文本框中，输入：

pivot_force_y。

•设置Characteristic为Force，并且选择Y作为Component。

•单击OK按钮。

6.7.9创建一个参考标记点

在大地上创建一个标记点，这个标记点将作为下一节创建角度测量时的参考位置。

为了代替通过右击标记点改变其名称的方法，本节将使用编辑（Edit）菜单。

为了创建一个参考标记点，参阅以下步骤：

（1）在主工具箱中，右击RigidBody工具架，然后选择Marker工具

（2）在选项栏中，确认选择了Addtoground和GlobalXY选项。

（3）使用鼠标，选择450,0,0作为位置点。

（4）当前标记点处于被选状态，从Edit菜单中，选择Rename选项。

（5）在NewName文本框中，输入.pendulum.ground.angle_ref，然后单击OK按钮。

6.7.10创建角度测量

现在，创建角度测量，以跟踪摆的角位移，

为了创建角度测量，参阅以下步骤：

（1）从Build菜单中，指向Measure，指向Angle，然后选择New选项。

（2）在MeasureName文本框中，输入pend_angle。

（3）右击FirstMarker文本框，指向Marker，然后选择Pick选项。

（4）在屏幕上，点选单摆端部的一个标记点（如：

选择质心标记点）。

提示：

右击单摆端部以选择质心标记点。

（5）右击MiddleMarker文本框，指向Marker，然后选择Pick选项。

（6）点选支撑轴位置的一个标记点。

（7）右击LastMarker文本框，指向Marker，然后选择Pick选项。

（8）点选大地位于单摆端部的标记点（它是上一节创建的标记点）。

通过对齐标记点.pendulum.ground.angle_ref和质心标记点，可以将初始测量值定义为0。

（9）单击OK按钮。

6.7.11确定初始条件

在本节中，将确定约束副如下的初始条件：

（1）位移初始条件：

=30°

（2）初始速度条件：

=300°

/sec。

为了确定初始条件，参阅以下步骤：

pivot，然后选择Modify菜单。

（2）选择InitialConditions选项。

（3）在约束副初始条件对话窗中，选择和输入以下内容：

•选择Rot.Displ.选项，并且在Rot.Displ.文本框中，输入：

-30。

•选择Rot.Velo.选项，并且在Rot.Velo.文本框中，输入：

-300。

（4）单击两个对话窗中的OK按钮。

6.7.12验证模型

在对模型进行仿真以前，首先验证模型。

为了验证模型，参阅以下步骤：

（1）选择状态栏右侧的Verify工具。

出现信息窗口，如图6-10所示。

同时，接到一个警告信息，提示约束副位置的初始条件与设计初始位置不符，这是预料之中的事情。

（2）关闭信息窗口。

图6-10信息窗口

6.7.13仿真模型

本节运行一个2秒100输出步的仿真。

为了仿真模型，参阅以下步骤：

（1）从主工具箱中，选择Simulation工具。

•选择Default选项；

•在EndTime文本框中，输入2.0；

•在Steps文本框中，输入100。

（3）选择Start工具。

6.7.14确定全局分量

现在，确定支撑销初始支撑力的全局分量（x,y）。

使用这个值回答本章单元复习中的问题2。

为了确定全局分量，参阅以下步骤：

（1）右击pend_angle曲线窗口内部的空白区域，然后选择TransfertoFullPlot选项。

出现ADAMS/PostProcessor界面，代替ADAMS/View界面。

（2）选择PlotTracking工具

（3）将光标移动到曲线的t=0处。

（4）记住主工具条下方的Y值。

（5）在遮板中，选择ClearPlot选项。

（6）设置source为Measure。

（7）从Measure列表中，选择Pivot_force_X选项。

（8）选择Surf工具。

（9）将光标移动到曲线的t=0处。

（10）记住主工具条下方的Y值。

（11）从Measure列表中，选择Pivot_force_Y选项。

（12）将光标移动到曲线的t=0处。

（13）记住主工具条下方的Y值。

6.7.15确定单摆的频率

单摆的频率（赫兹）是通过确定其周期（秒），然后求倒数得到的。

这个频率值是本章单元复习中的问题3的答案。

为了确定频率，参阅以下步骤：

（1）从Measure列表中，选择pend_angle选项。

（2）估算曲线的周期。

（3）对周期值求倒数，得到摆的频率。

（4）为了返回到ADAMS/View，选择ADAMS/View工具。

6.7.16保存模型

为了保存所做的工作，参阅以下步骤：

（1）使用SaveAs选项保存模型，使保存的文件中不仅包含模型信息，还要包含仿真结果和曲线。

如果需要进一步探索模型，就像下一步建议的那样，请保留模型为打开状态。

否则，进行下一步。

（2）退出ADAMS/View。

6.7.17选修任务

在执行这些任务以前，保存所做的工作。

在执行完这些任务以后，不要保存新做的工作。

如果在执行完这些任务后，必须保存模型，将其保存为一个新名称模型。

通过对角度——时间的FFT变换，可以自动求出单摆的固有频率，参阅以下步骤：

（1）根据当前的仿真结果，按下列参数仿真模型，建立进行FFT变换所需的参数：

•EndTime=1.65（近似一个周期的时间）

•Steps=127

（2）在ADAMS/PostProcessor中，选择Plot菜单中的FFT选项。

出现FFT对话窗。

（3）当准备一项FFT操作时，推荐以下几点：

·

输出点的数量应该为二的幂（例如：

128，256，512等），通过求解方程和输出127步，将得到128个数据点。

因此，127+1是此时的初始条件。

将WindowType设置为Rectangle。

选择DetrendInputData选项。

（4）接受FFT对话窗中的默认值，然后单击Apply按钮。

为了得到这些值的更多信息，请按F1。

此时应该得到和手算结果相同的频率值。

结果曲线的峰值就是单摆的固有频率。

（5）返回到ADAMS/View。

（6）退出ADAMS/View。

6.7.18ADAMS仿真结果

ADAMS计算的仿真结果为：

（1）支撑轴在A点的水平支撑力为：

-29.86N；

（2）支撑轴在A点的垂直支撑力为：

17.24N。

6.7.19闭合方程求解

单摆受力情况，如图6-11所示。

The鍙夎splashes图6-11单摆受力图

The鐗╂祦Qi℃伅当

和

/s时，支撑销在A点处的支撑力求解过程如下：

TheXianFeng叧鐩戠Luх墿

支撑轴的水平支撑力为：

TheYue炰粯鎵Kua繍Lu?

A=-Ancos30

Fx=-29.90N；

支撑轴的垂直支撑力为：

TheCong㈠崟鏃chopsthe偣FeiHun粺Fx=-29.90N；

鍒嗙DriveGeng$悊

TheMao欑偣Qi℃伅单元复习

1.

2.TheQi﹁締Zhang冨harms支撑轴初始支撑力的全局分力是多少？

3.

4.The闄勫姞XiFeng€?

鏈嶅?

使用陈述问题中的初始条件，单摆的频率是多少？

5.是否可以通过约束副和物体本身设定物体的速度？

如果它们都可以设定，ADAMS将使用哪一个速度值？

6.假设模型（human_hip）中有两个物体（femur和hip_bone）通过约束副约束在一起，ADAMS将创建I和J标记点。

如果两个标记点的名字都是MAR_1，那么I和J标记点的全名是什么？

7.

8.TheLu墿Juan績一个约束副的I和J标记点可以属于相同的物体吗？

为什么？