- 理论基础： 理解机械系统动力学分析的核心概念。
- 软件入门： 熟悉ADAMS的工作环境和基本操作。
- 实践案例： 通过一个经典实例,完整展示ADAMS的分析流程。
- 进阶与资源： 提供进一步学习的方向和资源。
第一部分：机械系统动力学分析 理论基础
在开始使用ADAMS之前，理解其背后的物理原理至关重要，这能帮助你正确地建立模型、设置参数,并对结果做出合理解释。
（图片来源网络，侵删）
1 核心概念
- 动力学: 研究物体运动与受力之间关系的科学，与静力学（研究平衡状态）不同,动力学关注的是运动状态随时间的变化。
- 自由度: 描述一个系统运动状态所需的独立坐标变量的数量。
- 平移自由度: 沿X, Y, Z轴的移动。
- 旋转自由度: 绕X, Y, Z轴的转动。
- 举例: 一个在平面上自由滑动的方块有3个平移自由度,一个绕固定轴旋转的齿轮只有1个旋转自由度。
- 约束: 限制或约束物体运动的条件，在ADAMS中，约束是通过“副”（Joints）来实现的。
- 常用副:
- 旋转副: 允许两个构件绕一个共同的轴相对旋转（如门铰链）。
- 移动副: 允许两个构件沿一个共同的直线相对移动（如抽屉滑轨）。
- 圆柱副: 允许同时进行相对移动和相对转动。
- 球副: 允许球面运动,有3个旋转自由度。
- 固定副: 将两个构件完全固连在一起,形成一个刚体。
- 常用副:
- 力与载荷: 驱动系统运动或改变其运动状态的因素。
- 主动力: 如发动机的驱动力、弹簧的弹力、重力。
- 约束反力: 由约束（副）产生的力,以维持约束条件。
- 外载荷: 如施加在零件上的力、力矩、压力。
- 求解器: ADAMS的核心计算引擎，它根据牛顿第二定律（F=ma）和达朗贝尔原理，建立系统的动力学方程（常微分方程组），并通过数值方法求解，计算出系统在每一时刻的运动状态（位置、速度、加速度）和受力。
2 分析类型
- 运动学分析: 只研究物体的几何运动，不考虑力和质量，分析时，需要定义驱动来使系统运动。输入是运动，输出是位移、速度、加速度。
- 动力学分析: 同时考虑力、质量、惯性等因素，系统可以由力驱动，也可以自由运动。输入是力，输出是运动和力。
- 静力学分析: 研究系统在静力平衡下的状态,所有加速度为零。
- 线性化分析: 在一个平衡点附近，将非线性系统线性化，用于分析系统的稳定性（如特征值分析）。
- 有限元耦合分析: 将ADAMS的多体动力学模型与ABAQUS、ANSYS等有限元软件的应力应变分析相结合，进行强度、疲劳寿命等评估。
第二部分：ADAMS软件入门
ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems) 是目前应用最广泛的多体动力学仿真软件之一，由MSC Software公司开发。
1 ADAMS家族简介
- View (核心模块): 图形化建模环境，用于创建、修改模型，设置分析，后处理结果,这是我们学习和使用的主要模块。
- Solver (求解器): 后台计算引擎，进行动力学/运动学方程的求解。
- PostProcessor (后处理): 专用模块，用于以图表、动画等形式展示和分析仿真结果。
- 其他模块:
- Car/Car-M: 专门用于汽车动力学仿真的模块。
- Engine: 发动机专用分析模块。
- Flex: 柔体分析模块,考虑构件的弹性变形。
- Vibration: 振动分析模块。
- Control: 控制系统设计与仿真模块。
2 ADAMS/View 工作界面
启动ADAMS/View后，你会看到典型的CAD软件界面,主要由以下部分组成：
- 菜单栏: 包含所有命令，如File, Edit, View, Build, Simulate, Review, Settings, Help。
- 主工具箱: 位于界面右侧，是建模和分析最常用的工具集合，按功能分组（如零件、约束、力等）。
- 视图窗口: 显示和操作模型的3D空间。
- 状态栏: 位于界面底部，显示当前鼠标位置、模型单位、提示信息等。
- 设计数据库浏览器: 位于界面左侧，以树状结构显示模型中的所有对象（零件、约束、力、测量等）,方便选择和管理。
- 表格编辑器: 用于精确输入参数的表格窗口。
3 基本操作流程
一个典型的ADAMS分析流程如下：
-
启动与设置:
（图片来源网络，侵删）- 启动ADAMS/View。
- 选择 Create a new model，给模型命名，并设置 Gravity（重力）和 Units（单位，如MMKS, IPS）。重力方向和单位至关重要！
-
创建模型:
- 创建零件: 使用主工具箱中的零件工具，如
Link(连杆),Box(方块),Cylinder(圆柱) 等,可以创建刚体或标记点。 - 施加约束: 使用
Joint(副) 工具，将零件连接起来，定义它们之间的相对运动关系，用Revolute Joint(旋转副) 连接两个连杆。 - 添加力/力矩: 使用
Force(力) 或Torque(力矩) 工具，在零件上施加外部载荷，可以是恒力、随时间变化的力等。
- 创建零件: 使用主工具箱中的零件工具，如
-
创建测量:
- 在仿真前，定义你想在后处理中查看的量，一个旋转副的
Angular Displacement(角位移)、一个零件的Velocity(速度) 或一个力的Magnitude(大小)。 - 在
Build->Measure菜单下创建。
- 在仿真前，定义你想在后处理中查看的量，一个旋转副的
-
设置与运行仿真:
- 点击主工具箱中的
Simulation(仿真) 工具。 - 在弹出的对话框中，设置仿真类型（
Dynamic或Kinematic）、仿真时间（End Time）和步数（Steps）。 - 点击
Start Simulation开始计算,ADAMS会调用后台求解器进行计算。
- 点击主工具箱中的
-
后处理分析:
（图片来源网络，侵删）- 仿真结束后，自动进入 ADAMS/PostProcessor 窗口。
- 动画回放: 播放整个仿真过程,直观地观察机构运动。
- 绘制曲线: 选择你之前创建的测量（如角位移），绘制其随时间变化的曲线,可以添加多个曲线进行对比。
- 数据处理: 对曲线进行数学运算（如对速度曲线求导得到加速度）,生成新的曲线。
- 输出结果: 将图表或数据导出为图片或文件。
第三部分：实践案例 - 曲柄滑块机构分析
这是一个经典的机构，非常适合入门练习,我们将分析其运动规律和受力。
1 问题定义
分析一个曲柄滑块机构，曲柄以恒定角速度旋转，带动连杆，进而驱动滑块水平往复运动，我们需要分析滑块的位移、速度和加速度,以及连杆对滑块的力。
2 详细步骤
步骤 1: 启动与设置
- 打开ADAMS/View。
- 选择
Create a new model。 - Model Name:
Slider_Crank_Mechanism - Gravity:
Y axis(默认垂直向下) - Units:
MKS(米-千克-秒) - 点击
OK。
步骤 2: 创建几何模型
- 创建曲柄:
- 在主工具箱中，选择
Link工具。 - 在
New Part选项下,保持默认。 - 在
Length栏输入2(米)，Width和Thickness输入01(米)。 - 在视图窗口中，点击原点
(0, 0, 0)作为起点，然后沿X轴正方向点击一点，创建一个水平连杆，这就是
- 在主工具箱中，选择
