Adams应用教程第6章ADAMS模型语言及仿真控制语言.docx
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Adams应用教程第6章ADAMS模型语言及仿真控制语言
第6章ADAMS模型语言及仿真控制语言
本章对ADAMS的模型语言及仿真控制语言进行了简介。
通过本章的学习可以掌握ADAMS/Solver模型语言adm文件、ADAMS/Solver仿真控制语言acf文件的语法、结构，对一些关键语句进行深入的说明，通过学习可以深刻理解ADAMS中几何、约束、力元等的实质，可以脱离ADAMS/View环境直接利用ADAMS/Solver进行一些高级应用，并为进一步的ADAMS二次开发打下基础。
6.1ADAMS的主要文件介绍
ADAMS中关于模型及分析主要有以下几种类型文件：
ADAMS/View二进制数据库bin文件、ADAMS/View命令cmd文件、ADAMS/Solver模型语言adm文件、ADAMS/Solver仿真控制语言acf文件，以及ADAMS/Solver仿真分析结果文件：
req文件、res文件、gra文件、out文件、msg文件。
ADAMS/View二进制数据库bin文件以“.bin”为文件名后缀，文件中记录了从ADAMS启动后到存储为bin文件时的全部信息－包含模型的完整拓扑结构信息、模型仿真信息以及后处理信息。
可以包含多个模型、多个分析工况和结果。
可以保存ADAMS/View的各种设置信息。
文件为二进制不能阅读、编辑，只能通过ADAMS/View调阅，由于信息全面一般文件都比较大。
ADAMS/View命令cmd文件以“.cmd”为文件名后缀，是由ADAMS/View命令编写的模型文件，可以包含模型的完整拓扑结构信息（包括所有几何信息）、模型仿真信息，为文本文件，可读性强，可以进行编程，是ADAMS的二次开发语言，不包含ADAMS/View的环境设置信息，不包含仿真结果信息，只能包含单个模型。
ADAMS/Solver模型语言（ADAMSDataLanguage）adm文件，以“.adm”为文件名后缀，文件中包含模型中拓扑结构信息，但有些几何形体如link等不能保留。
ADAMS/View的环境设置不能保留。
ADAMS/Solver可以读取adm文件，与ADAMS/Solver仿真控制语言acf文件配合可以直接利用ADAMS/Solver进行求解。
ADAMS/Solver仿真控制语言acf文件，以“.acf”为文件名后缀，文件中可以包含ADAMS/Solver命令对模型进行修改和控制的命令，从而控制仿真的进行。
ADAMS/Solver将仿真分析结果中用户定义的输出变量输出到req文件，以“.req”为文件名后缀；ADAMS/Solver将仿真分析结果中将模型的缺省输出变量输出到res文件，以“.res”为文件名后缀；ADAMS/Solver将仿真分析结果中图形部分结果输出到gra文件，以“.gra”为文件名后缀。
ADAMS/Solver将仿真分析结果中用户定义的输出变量以列表的形式输出到out文件，以“.out”为文件名后缀。
ADAMS/Solver将仿真过程中的警告信息、错误信息输出到msg文件，以“.msg”为文件后缀。
下图为各种文件之间的关系
图6-1ADAMS各文件间的关系
6.2ADAMS/Solver模型语言（ADAMSDATALanguage）adm
6.2.1ADAMS/Solver模型语言分类及其语法介绍
ADAMS/Solver模型语言可以定义系统的拓扑结构，确定系统的输出，定义仿真分析参数等。
以下列表6-1是按功能分类的ADAMS/Solver模型语言分类。
表6-1ADAMS/Solver模型语言
模型语言类型
模型语言关键字
DatasetDelimiter
TITLE，END
Inertiaandmaterialdata
PART，FLEX_BODY，POINT_MASS
Geometry
GRAPHICS，MARKER
Constraints
COUPLER，CVCV，GEAR，JOINT，JPRIM，MOTION，PTCV，
UCON
Forces
ACCGRAV，BEAM，BUSHING，CONTACT，FIELD，FRICTION，
GFORCE，MFORCE，NFORCE，SFORCE，SPRINGDAMPER，
VFORCE，VTORQUE
Genericsystemsmodeling
DIFF，GSE，LSE，TFSISO，VARIABLE
Aggregateelement
TIRE
Referencedata
ARRAY，CURVE，MATRIX，PINPUT，POUTPUT，SPLINE，STRING
Analysisparameters
DEBUG，EQUILIBRIUM，IC，INTEGRATOR
KINEMATICS，SENSOR，UINT
Output
FEMDATA，LIST/NOLIST，MREQUEST，OUTPUT，REQUEST，
RESULTS
（1）模型语言格式
ADAMS/Solver模型语言的格式如上，一般必包括“/”、id号以及一个或多个变量表达式。
现以MARKER语句说明。
其中{}表示三项中必须选择一种参数,[]表示可以任选两种中一种参数,[[]]表示一种参数组合。
因此在ADAMS/Solver模型语言定义中可以定义如下：
MARKER/201,PART=4,QP=100,100,100,REULER=90D,0D,0D
MARKER/202,PART=4,QP=100,100,100,ZP=100,100,105,XP=100,105,100
MARKER/203,PART=4，FLOATING
（2）变量表达式
其中变量表达式分为以下几类：
可以根据类别不同选择不同的变量名、变量可以由一系列数值赋值、变量由一系列字符串赋值、变量由表达式赋值。
1．根据类别不同选择不同的关键词
如上面MARKER第三种定义，其中FLOATING为关键词，不需赋值。
又如
SFORCE/10,I=8,J=9,TRANSLATION,FUNCTION=100*DM（8,9）**（-1.3）-200
其中TRANSLATION是可以在TRANSLATION和RORTATION两个关键词选择一个，不需赋值。
2．变量可以由一系列数值赋值
如上面MARKER中QP=100,100,100
3．变量由一系列字符串赋值
如积分算法说明定义：
INTEGRATOR/GSTIFF,PATTERN=T:
F:
F:
F:
T:
F:
F:
F:
T:
T,HMIN=1.0E-005,KMAX=3
INTERPOLATE=ON,CORRECTOR=MODIFIED
其中PATTERN=T:
F:
F:
F:
T:
F:
F:
F:
T:
T由一系列字符串赋值
4．变量由表达式赋值
如MOTION/1,JOINT=1,FUNCTION=POLY（TIME,0,0,360D）
MOTION/2,JOINT=2,FUNCTION=USER（0,0,6.28）
其中FUNCTION=POLY（TIME,0,0,360D）为函数表达式，FUNCTION=USER（0,0,6.28）为用户子程序表达式。
（3）模型语言中的特殊约定
1．关于角度：
模型语言中角度缺省单位为弧度，如需度则需在数字后加D。
如：
RELUER＝90D，0D，90D，在out文件中角度缺省单位为弧度，可以通过OUTPUT语句中设置DSCALE变为度。
2．关于变量：
可以任意颠倒变量的先后次序；变量名可以利用缩写；变量可以大写，也可以小写；如果没有提供变量并赋值，ADAMS/Solver认为变量被赋缺省值。
不要将实型赋给整型变量。
3．空格与制表符：
一个变量中连续出现5个空格或更多的空格，ADAMS/Solver认为空格后无效，但TITLE和函数表达式除外。
4．说明语句：
感叹号后为说明，说明语句可以在任何位置。
5．续行：
第一例为“，”表示该行为续行，或行尾为“&”表示下行为续行。
如下所示：
PART/2,MASS=2.3
CM=5,IP=183.005,&
17310.260,17418.946
6．隔符：
同一语句中变量间的分隔符使用“/”,“＝”，“，”，“\”,“；”，其中“；”表示可以在一行写两个语句。
7．id号：
用于同一系统存在多个相同拓扑结构类型定义，如：
MARKER/201,PART=4,QP=100,100,100,REULER=90D,0D,0D
MARKER/202,PART=4,QP=100,100,100,ZP=100,100,105,XP=100,105,100
其中201、202为id号，以区分同一语句MARKER。
8．语句：
一个语句必须在前5例开始，否则ADAMS/Solver认为该行为注释行；语句必须在1－80例之间，可以续行。
6.2.2模型文件的开头与结尾
（1）TITLE
位于adm模型文件的第一行，为一串字符，如：
ThisisTheTruckSimulationModel2003/10
（2）END
位于adm模型文件的最后一行。
TITLE与END之间的语句构成ADAMS/Slover的主题，语句顺序可以变化。
6.2.3惯性单元
惯性单元包含三种惯性单元PART，FLEX_BODY，POINT_MASS，这里仅对PART简要介绍，FLEX_BODY，POINT_MASS可以有关ADAMS参考手册。
PART：
PART语句确定刚体的质量、惯量信息、质心位置、初始位置、方位、初始速度。
PART语句有两种：
PART/id，GROUND。
表明该PART被定义为地面。
●MASS为PART的质量；
●CM为质心坐标系id号；
●IM为惯量坐标系id号；
●IP为PART的相对于IM惯量坐标系的惯量，没有IM时为相对于CM质心坐标系的惯量；
●MATERIAL为PART的材料特性；
●QG为PART局部坐标系圆点；REULER为PART局部坐标系相对于地面坐标系的三个欧拉角；
●QG为PART局部坐标系圆点；ZG为PART局部坐标系的Z轴方向上一点，XG为PART局部坐标系的XOZ平面上任一点；
●VX、VY、VZ、为PART质心处初始速度在VM坐标系的三个投影分量；
●WX、WY、WZ为PART初始角速度在WM坐标系的三个投影分量；
●VM为定义初始速度的坐标系，缺省为地面坐标系；
●WM为定义初角始速度的坐标系，缺省为CM坐标系；
●EXACT为PART的质心坐标系相对于局部坐标系的六个坐标中的精确输入值，在初始装配中保持不变，关键字为X，Y，Z，PSI，THETA，PHI，其顺序可以任意。
举例如下：
PART/2,QG=0,0,10,REULER＝90D，30D，45D
MASS=1.40,CM=3,IP=145.2,13716.1,13802.2,VX=10
VY=10,VZ=0,WX=0D,WY=0D,WZ=10D,EXACT=X:
Y:
PSI
上面语句表明,该PARTid号为2，该PART局部坐标系圆点在地面坐标系中的位置为0，0，10；PART局部坐标系相对于地面坐标的欧拉角为90D，30D，45D；质量为1.40；质心坐标系标号为3；相对于质心坐标系的惯量为145.2,13716.1,13802.2，0，0，0；质心处初始速度（在地面坐标系分解）为10，10，0；初始角速度为在质心坐标系分解为0D/sec,0D/sec,10D/sec,其中质心坐标x，y及在PART局部坐标系中的第一个欧拉角在初始装配中保持不变（或优先保持不变）。
6.2.4几何单元
几何单元包含GRAPHICS，MARKER两种几何单元，这里分别对GRAPHICS，MARKER语句进行介绍。
GRAPHICS：
GRAPHICS语句用于确定接触碰撞或表达图形，可以分两类分别定义接触的、定义几何图形的。
这里介绍用于定义接触的GRAPHICS语句。
用于接触的GRAPHICS语句如下：
●ARC：
创建一个圆弧，由三个参数表达圆弧：
CM为圆弧的圆心坐标系的id号；
RADIUS为圆弧的半径值；
RANGLE为圆弧的角度，要注意，CM坐标系的x轴为圆弧的始点。
举例如下：
MARKER/2,PART=3,QP=-450,-50,0,REULER=1.565051177D,0D,0D
GRAPHICS/2,ARC,CM=2,RANGLE=170D,RADIUS=158.0
表明在MARKER（id＝2）处作一个半径为158.0的圆弧，范围为170D。
●BOX：
创建一个矩形体，由4个参数表达长方体：
CORNER为该长方体一个角处的坐标系的id号；
X，Y和Z是长方体沿着上面坐标系x，y和z轴三个方向的长度。
●CIRCLE：
创建一个圆，由2个参数表达圆：
CM为圆心处坐标系的id号；
RADIUS为圆的半径。
●CURVE：
创建基于数据单元CURVE语句的曲线图形。
CID为所需创建CURVE的id号；
CRM为定义曲线的参考坐标系的id号。
CONTACT。
和CVCV语句需要的曲线为平面曲线，且该平面必须为包含RM标记点的x,y轴的平面。
●CYLINDER:
创建一个顶面和底面都垂直于中心轴线的圆柱体，由4个参数表达。
CM为圆柱底面处圆心坐标系的id号，CM坐标系的z轴方向为圆柱体的中心线；
RADIUS为圆柱体半径；
RANGLE为圆柱体圆弧的角度，且总是以CM坐标系的x轴为起始点；
LENGTH为圆柱体的高度。
举例如下：
GRAPHICS/6,CYLINDER,CM=5,RANGLE=160D,LENGTH=-200,RADIUS=500
●ELLIPSOID：
创建一个椭圆，由4个参数表达。
CM为椭圆的圆心坐标系的id号。
XSCALE，YSCALE和ZSCALE为沿着CM坐标系的x，y和z轴的直径，如果三个值都相等，那就会创建一个球。
●FRUSTRUM:
创建一个顶面和底面都垂直于中心轴线的锥体，由4个参数表达。
CM为锥体底面的圆心坐标系id号，CM坐标系的z轴为锥体的中心轴线；
TOP和BOTTOM分别为锥体的上、下圆平面半径；
RANGLE为锥体的旋转角度，且总是以CM坐标系x轴为起始点；
LENGTH为锥体的高度。
举例如下：
GRAPHICS/10,FRUSTUM,CM=5,RANGLE=260D,LENGTH=400
SIDES=20,TOP=500,BOTTOM=1000
●PLANE：
创建一个有限平面，由5个参数表达。
RM为该平面的参考坐标系id号，该平面位于RM坐标系的x-y平面内（也就是说RM坐标系的z轴垂直于该平面；
XMIN，XMAX，YMIN和YMAX为该平面在RM坐标系的x-y平面内的范围。
平面为二维的，可以定义与其他单元（点，圆弧，圆和曲线以及球）接触碰撞。
●EXTERNAL：
创建ADAMS/Solver可以识别的Parasolid图形，用于接触碰撞。
例如：
GRAPHICS/19,EXTERNAL,RM=100,FILE=test.xmt_txt,ELEMENT=part1
该GRAPHICS语句创建一个三维实体。
该实体的数据包含在Parasolid的文件testl.Xmt_txt中。
该文件中包含了几个几何实体，其中一个名为Part1。
该实体以坐标系100为参考坐标系。
MARKER：
该语句在空间定义了一个几何点和以该点引伸出的三个相互垂直的坐标轴。
它的描叙形式如下所示：
MARKER必须从属于PART、POINT_MASS、FLEX_BODY三种惯性单元之一。
特性上存与惯性单元固定或浮动。
MARKER作为坐标系需要一个点定义其圆点，关于其方向有三种定义方法。
举例说明：
MARKER/6,PART=4，QP=0,1,0,REULER=90D,45D,100D
MARKER/7,PART=4，QP=0,1,0,ZP＝0,1,10,XP＝0,10,10
MARKER/8,PART=4，QP=0,1,0,ZP＝0,1,10,XP＝0,10,10,USEXP
MARKER/9,PART=4，FLOTING
以上4个坐标系中6、7、8为与PART4固定的坐标系，9为属于PART4但为浮动坐标系，浮动坐标系在ADAMS/Solver中的VTORQUE,VFORCE,GFORCE,CVCV,andPTCV中需要。
坐标系6利用欧拉角定义该坐标系相对于PART4的物体局部坐标系；
坐标系7利用ZP表达坐标系的z轴（QP指向ZP），XP为坐标系XOZ平面上一点，但不能与QP、ZP共线；ADAMS/Solver自动确定其x轴。
坐标系8利用XP表达坐标系的x轴（QP指向XP），ZP为坐标系XOZ平面上一点，但不能与QP、XP共线，ADAMS/Solver自动确定z轴，这种用法必须使用USEXP关键字。
又如柔体上坐标系：
MARKER/12,FLEX_BODY=5,NODE_ID=40,REULER=90D,30D,45D
MARKER/13,FLEX_BODY=5,QP=100,100,0,REULER=90D,30D,45D
坐标系12位于FLEX_BODY5上节点40处，利用欧拉角定义该坐标系相对于FLEX_BODY5的物体局部坐标系；
坐标系13位于FLEX_BODY5上，相对于FLEX_BODY5的物体局部坐标系的位置为100,100,0，利用欧拉角定义该坐标系相对于FLEX_BODY5的物体局部坐标系；ADAMS/Solver自动确定并调整其到相近节点处。
6.2.5约束单元
约束单元包括COUPLER，CVCV，GEAR，JOINT，JPRIM，MOTION，PTCV，
UCON单元，这里分别对COUPLER，JOINT语句进行介绍，其它单元参考手册。
COUPLER语句：
COUPLER语句将两个或者三个移动副或者转动副关联。
其描叙如下：
其中存在关系式：
r1*q1+r2*q2+r3*q3=0
q2/q3=r2/r3
举例说明如下：
JOINT/1,CYLINDRICAL,I=3,J=4
JOINT/2,REVOLUTE,I=7,J=8
JOINT/3,TRANSLATIONAL,I=10,J=11
COUPLER/1,JOINTS=3,2,1,TYPE=T:
R:
T,SCALES=90D,2,-90D
该COUPLER语句将Joint3的平动连接到Joint2的转动上、Joint1的平动上。
铰链间位移关系为：
（90D/180*3.14）*q1+2*q2+（-90D/180*3.14）*q3=0。
同时满足q2/q3=2/（-90D/180*3.14）。
关系式中角度变量需换算为弧度。
JOINT语句：
JOINT语句确定物体（刚体和柔性体）间的运动学约束。
JOINT的类型有：
等速铰（constant-velocity）,圆柱铰（cylindrical）,固定铰（fixed）,虎克铰（Hooke）,平面铰（planar）,齿轮齿条铰（rack-and-pinion）,转动铰（revolute）,螺纹铰（screw）,球铰（spherical）,移动铰（translational）,和广义万向节铰（universaljoints）.
其格式如下：
JOINT利用I、 JMARKER来定义运动学铰链约束。
下面对各种运动学约束的要求作介绍。
●CONVEL
该铰链定义两个PART具有相同转动速度，I、JMARKER的坐标必须相同且I、JMARKER的Z轴是两个PART的转动轴，IMARKERZ轴方向背离JMARKER，JMARKERZ轴方向背离IMARKER，同时，IMARKERX轴方向需与JMARKERX轴方向平行。
产生4个约束方程。
●
●CYLINDRICAL
该铰链定义两个PART可以沿着I、JMARKER的Z轴平动和转动。
定义要求I、JMARKER的坐标必须相同，其Z轴需同向并重合。
产生4个约束方程。
●
●FIXED
该铰链定义两个PART固接，要求I和JMARKER坐标圆点重合。
产生个6约束方程。
●
●HOOKE
该铰链定义两个PART可以分别沿自己的IMARKER的x轴、JMARKER的y轴转动。
定义要求IMARKER的X轴垂直于JMARKER的Y轴，从而形成十字叉，IMARKER的Z轴、JMARKER的Z轴分别为其转轴方向，I和JMARKER的原点重合，在十字的中心。
HOOKE与UNIVERSAL的功能相同，但两者之间MARKER的定义方式不同。
产生4个约束方程。
●PLANAR
该铰链定义一个PART的一个平面可以相对于第二个PART的一个平面相对滑动。
定义要求IMARKER和JMARKER的Z轴平行，XOY平面重合。
产生3个约束方程。
●RACKPIN
该铰链定义一个PART的的一个转动自由度与另一个PART的移动自由度相关。
定义要求IMARKER的Z轴为其转动轴向，JMARKER的Z轴为其移动轴向，PD应为IMARKER的Z轴到JMARKER的Z轴距离的两倍，产生一个约束方程，完全可以由COUPLER代替。
●REVOLUTE
该铰链定义一个PART可以相对于第二个PART以一确定轴线转动。
定义要求IMARKER和JMARKER的坐标圆点以及Z轴重合，Z轴为其相对转动轴。
产生5个约束方程。
●SCREW
该铰链定义一个PART可以相对于第二个PART以一确定轴线转动并同时沿着该轴线移动，只不过转动与移动存在一定的关系，即每转一圈产生一个螺距（PITCH）的移动。
定义要求IMARKER和JMARKER的Z轴共线。
产生一个约束方程。
●SPHERICAL
该铰链定义一个PART可以相对于第二个PART自由转动。
定义要求IMARKER和JMARKER的坐标圆点重合，产生3个约束方程。
●TRANSLATIONAL
该铰链定义一个PART可以相对于第二个PART沿着一轴线移动，不能转动。
定义要求IMARKER和JMARKER的Z轴共线。
产生5个约束方程。
●UNIVERSAL
该铰链定义两个PART可以分别沿自己的IMARKER的Z轴、JMARKER的Z轴转动。
定义要求IMARKER的Z轴垂直于JMARKER的Z轴，从而形成十字叉，I和JMARKER的原点重合，在十字的中心。
UNIVERSAL与HOOKE的功能相同，但两者之间MARKER的定义方式不同。
产生4个约束方程。
6.2.6力元
力元包括ACCGRAV，BEAM，BUSHING，CONTACT，FIELD，FRICTION，GFORCE，MFORCE，NFORCE，SFORCE，SPRINGDAMPER，VFORCE，VTORQUE单元，这
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