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机械系统动力学自动分析

机械系统动力学自动分析

机械系统动力学自动分析（AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems，简称ADAMS），是美国MDI（MechanicalDynamics Inc，现已被MSC并购）开发的集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机分析软件。ADAMS 软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。ADAMS的用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。

ADAMS采用世界上广泛流行的多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统的动力学方程。ADAMS选取系统内每个刚体质心在惯性参考系中的3个直角坐标和确定刚体方程的3个欧拉角作为勒内·笛卡尔广义坐标，用带乘子的拉格朗日方程处理具有冗余坐标的完整约束或非完整约束系统，导出以笛卡儿广义坐标为变量的运动学方程。ADAMS的计算程序还应用了吉尔(Gear)的刚性积分算法以及稀疏矩阵技术，大大提高了计算效率。

软件应用

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和WindowsNT/2000版。在这里将以Windows 2000版的ADAMSl2.0为蓝本进行介绍。

软件模块

ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。

ADAMS软件包含的模块和工具箱如下：

基本模块用户界面模块ADAMS/View

求解器模块ADAMS/Solver

后处理模块ADAMS/PostProcessor

扩展模块液压系统模块ADAMS/Hydraulics

振动分析模块ADAMS/Vibration

线性化分析模块ADAMS/Linear

高速动画模块ADAMS/Animation

试验设计与分析模块ADAMS/Insight

耐久性分析模块ADAMS/Durability

数字化装配回放模块ADAMS/DMUReplay

接口模块柔性分析模块ADAMS/Flex

控制模块ADAMS/Controls

图形接口模块ADAMS/Exchange

CATIA专业接口模块CAT/ADAMS

Pro/E接口模块Mechanical/Pro

专业领域模块轿车模块ADAMS/Car

悬架设计软件包SuspensionDesign

概念化悬架模块CSM

驾驶员模块ADAMS/Driver

动力传动系统模块ADAMS/Driveline

轮胎模块ADAMS/Tire

柔性环轮胎模块FTireModule

柔性体生成器模块ADAMS/FBG

经验动力学模型EDM

发动机设计模块ADAMS/Engine

配气机构模块ADAMS/EngineValvetrain

正时链模块ADAMS/EngineChain

附件驱动模块AccessoryDriveModule

铁路车辆模块ADAMS/Rail

福特汽车公司汽车公司专用汽车模块ADAMS/Pre(现改名为Chassis)

工具箱软件开发工具包ADAMS/SDK

虚拟试验工具箱VirtualTestLab

虚拟试验模态分析工具箱VirtualExperimentModalAnalysis

钢板弹簧工具箱LeafspringToolkit

飞机起落架工具箱ADAMS/LandingGear

履带/轮胎式车辆工具箱Tracked/WheeledVehicle

齿轮传动工具箱ADAMS/GearTool

Adams是全球运用最为广泛的机械系统仿真软件，用户可以利用Adams在计算机上建立和测试虚拟样机，实现实时在线仿真，了解复杂机械系统设计的运动性能。

MDAdams（MD代表多学科）是在企业级MSCSimEnterprise仿真环境中与MDNastran相互补充，提供了对于复杂的高级工程分析的完整的仿真环境，SimEnterprise是当今最为完整的集成仿真和分析技术。

MDAdams的发布完全支持运动-结构耦合仿真，与MDNastran的双向集成可以释放便利地将Adams的模型输出到Nastran进行更为详细的NVH分析或应力恢复，继而进行寿命/损伤计算。

MDAdams/Car

应用MDAdams/Car，技术团队可以快速建立和测试整车和子系统的功能化虚拟样车。

这可以帮助在车辆研发过程中节省时间、降低费用和风险，提升新车设计的品质。通过

MDAdams/Car的仿真环境，汽车工程师们可以在虚拟环境中对于不同的路面、不同的

实际条件反复测试他们的设计，从而得到满意的结果。

MDAdams/Car包含许多的功能模块用于多学科仿真。

MultidisciplineValue多学科价值

多学科的价值在于大大地拓广了数字分析的能力，MSC.Software公司的MD技术是优化的涵盖跨学科/多学科的集成，可以充分利用现有的高性能计算技术解决大量大规模的问题。多学科技术聚焦于提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市场。

MDAdamsPackage包括

Adams/Solver

Adams/SolverSMP(C++SolverOnly)

Adams/Linear

Adams/View

Adams/Controls

Adams/Durability

Adams/Exchange

Adams/Flex

Adams/Insight

Adams/PostProcessor

Adams/Vibration

MDAdams/CarPackage包括：

Adams/Car

Adams/CarVehicleDynamics

Adams/CarSuspensionDesign

Adams/CarMechatronics(NewforMDAdamsonly)

Adams/Chassis

Adams/Driveline

Adams/SmartDriver

Adams/Tire

Adams/3DRoad

Adams/CarRide

可选的MDAdams/Car模块:

Adams/TireFTire

必要条件:

MDAdams/Car需要MDAdamsPackage

MDAdams新功能

MDAdamsR3的新功能

产品集成

弹性体通用的MD数据库(MDDB)格式，允许在单个MDNastran的结果文件(.MASTER)中存储多个弹性体模型。

使用“白匣子（whitebox）”的输出方式，使得从Adams到Nastran（Adams2Nastran）的输出发展到单元层次上，因而，对整个系统中单个部件的替换更容易实现。

Adams/View下新插件Adams/Mechatronics，使得控制系统与多体系统的集成实现标准化。

MD版Adams/Engine的发布增加了新的功能，使MDAdams所提供的功能更趋完满。

性能改进

弹性体的动画显示及其分布载荷云图显示速度更快，有助于改善你仿真结果的可视化效果。

对Windows和Linux64位操作系统的支持及使用XML格式导入结果文件的方式，有助于处理大模型及分析结果，改善了前后处理的速度。

Adams/Solver(C++)SMP支持Adams/Tire并行解算，在多CPU机器上的运行速度更快。

主要功能

AdamsC++Solver3D接触碰撞功能支持在弹性体和弹性体或弹性体和刚性体之间定义碰撞。

·Adams/Car的功能上有所加强，易用性方面进一步提高，支持常规激励的分析（GeneralActuationAnalysis），新的用于分析的路面生成工具（RoadBuilder）以及悬架试验台的合并。

加强Adams/SmartDriver的应用，可以进行车辆路径的再规划，支持路径平滑处理，减少路径曲率峰值。同时采用新的非连续常规状态方程（GSE，GeneralStateEquations），保证了在大输出步长情况下的解算精度，并且增加了反方向行驶的功能。

在Adams/CarRide中定量的平顺性指标测试，方便车辆平顺性能的定量化以及评估振动对乘员的冲击。

Hiller-AnantharamanSTIFF积分器(HASTIFF)的SI1和SI2方法，迭代过程需要更少的函数估值，同时提高了极小时间步长的收敛稳定性。

在Adams/Solver(C++)中新增延迟时变函数（DELAYrun-timefunction），可用于控制模型中信号或驱动的延迟。

Adams/Tire3D轮胎模拟技术，可适用表面崎岖不平的道路。

一个新的命令MNFXFORM，可用于弹性体MNF文件的镜像，或变换/旋转弹性体坐标系。

新增有关插件的帮助文档，并加强了帮助文档的易用性。

MDAdamsR3的新功能

MDAdams

1.新的在线帮助系统以及PDF格式文件，方便打印

2.输出线形模型，可用于在NASTRAN中进行进一步的振动性能分析

3.在3D接触分析中，新的用于处理球体的分析方法

4.仿真过程中时变累计质量的计算

5.对频响仿真节点的应力和应变结果的曲线绘制

MDAdams/Car

6.MDAdams/CarMechatronics汽车机电模块

7.C++Solver支持Adams/Car

8.更精确的动态悬架分析

9.用于轮胎分析的新试验台

特点综合

1.新的在线帮助系统以及PDF格式文件，方便打印

在MDAdams中，MSC.Software引入了一套新的电子在线帮助系统。MDAdams和MDAdams/Car的用户可以使用整个帮助系统。在帮助系统的目录表中，按照模块进行组织，更方便信息的查找和搜索。

对MDAdams/View中的命令语言，新加帮助，对MDAdams/Vibration模块新加了新的理论手册。

为方便打印，帮助文档提供了所有帮助文档的PDF格式。

2.输出线形模型可用在NASTRAN中进行进一步的振动性能分析

MDAdams/Vibration的一个新功能就是Adams2Nastran功能，该功能可以输出线形模型，用于在NASTRAN中进行进一步的振动性能分析。此功能将线性化后的ADAMS模型封装为NASTRAN的DMIG输入形式。一旦输出完成，用户能够利用NASTRAN强大的频响分析的功能，对系统进行精确的NVH分析和较高频域范围内系统的响应分析。

3.在3D接触分析中，用于处理球体新的分析方法

当模型中存在3D的球体接触碰撞时，为了得到更为精确的结果，加强了接触计算的算法，即使用真实的几何来代表球体。同旧的将球体表面用小平面表示的方法相比，这种算法解算的速度明显加快。例如，如右图所示的滚珠轴承模型，解算的速度提高3.1倍。

这种算法的另一个好处是接触载荷计算的精度提高。右图所示的曲线图显示旧的算法（黑色曲线）和新的算法（红色曲线）所得到的接触载荷的区别所在。

4.仿真过程中时变累计质量的计算

新版本中开发了新的实用子程序，可以自动地计算仿真过程中时变的系统累计质量。

新的解算器可以完成多体系统质量的计算，包括刚性体和弹性体。

5.对频响仿真节点的应力和应变结果的曲线绘制

MDAdams新版本支持绘制由于强迫载荷激励载荷输入引起的在弹性体上应力应变的结果曲线。利用此功能，可以让分析人员快速地进行“what-if”的研究，同时考虑系统多体动力学特性和结构的影响。

6.MDAdams/CarMechatronics汽车机电模块

MDAdams/CarMechatronics（汽车机电模块）为新的模块，该模块极大地加强了Adams/Car和Adams/Controls的集成。新模块的宗旨是在Car模型下标准化控制系统的实现。

使用新的机电模块，你可以很容易地对你的车辆控制系统性能的参数影响进行仿真，控制器的开/关只需要简单地在控制器上切换一下即可。

信号控制器，作为机电模块的一部分，可以在整个系统装配时连接控制系统和机械系统。

7.C++Solver支持Adams/Car

Adams/Car的模型可以使用C++Solver解算了，用户可以利用新的HHT积分器以提高解算速度。MDAdams/Tire和MDAdams/SmartDriver模块也支持新的C++Solver。

新的C++Solver提供分析偏微分方程的功能，因而精度更高也更稳定。同时还支持基于传动系统建立的一般状态方程（GSE），并改进了包含弹性体和钢板弹簧的模型。

8.更精确的动态悬架分析

MDAdams具有的功能可以利用动态悬架试验台对悬架模型完成更为真实的动态悬架分析。此新功能将悬架运动的动态影响考虑在内，因而可以提高仿真的精度。

用户同样可以使用RPC格式的文件作为运动驱动，这一点对于悬架系统及其零部件的耐久性能分析则为至关重要的。