系统动力学与仿真1-3

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1、机械系统动力学及仿真软件ADAMS应用郭良斌guoliangbin@sina.com2011.9第一章绪论1.1系统与机械系统一、系统的定义：系统是由相互联系、相互制约、相互依存的若干部分结合在一起而形成的具有特定功能和运动规律的有机整体。系统的特点：第一，系统的整体性；第二，系统的相关性；第三，系统具有等级结构性；二、机械系统的组成及特点定义：是能够完成机械功或转化机械能的机构或机构的组合特点：机械系统的构件间存在着相对运动相对运动的形式由联接各构件的运动副决定机构：是一种用来传递运动和力或改变运动形式的机械装置。任一机构都是由两个以

2、上的构件组合而成的1.2系统仿真与虚拟样机技术一、系统模型的概念系统模型：是对系统的简化和抽象。模型可以描述系统的本质和内在联系，通过对模型进行分析和研究，以达到了解原系统的目的；物理模型根据相似性理论制造的按一定比例缩小或放大的实物；数学模型是系统的本质特征的数学表达式，即用数学公式来描述所研究的系统的某一方面的规律二、系统仿真(Simulaton)：指以计算机为工具，用模型来模仿实际系统，代替实际系统来进行实验和研究的一门综合性技术。系统实物模型或数学模型计算机抽象仿真实验系统仿真的三要素：系统、模型和计算机根据使用模型的不同，仿真

3、可分为：物理仿真、数学仿真和半实物仿真。物理仿真：指在实物模型上进行实验的过程。优点：是直观和形象。在计算机问世以前，实验研究基本上都是物理仿真缺点：模型难以改变，实验限制多，投资较大数学仿真：在建立的系统数学模型上进行实验的过程。也称为计算机仿真缺点：过分依赖所建立的数学模型，而有些系统是难以建立较精确的模型的；半实物仿真：将数学模型与实物模型相结合进行实验的过程；三、传统的产品开发流程概念设计详细设计制造物理样机物理样机测试产品定型生产发现问题，修改设计并重新制造样机传统的产品开发过程实际上是基于实物或半实物模型(样机)的仿真实验过

4、程传统的产品开发过程，是一个周而复始的设计－实验－设计过程，对于结构复杂的系统，这一过程是冗长的，需要耗费大量的时间和资金；缩短开发周期、提高产品质量、降低成本并对市场做出灵活反应成为生产商所追求的目标；四、虚拟样机技术(VirtualPrototype)利用CAD中的三维几何造型技术，在计算机中建立产品的几何模型采用计算机仿真技术在几何模型之上附加其它的功能特性，使之成为产品的数字样机（虚拟样机）再利用虚拟现实技术构建虚拟实验场，用虚拟模型代替实物模型进行虚拟实验，实现对设计的验证虚拟样机技术实现了数字样机与试验环境的集成，是计算机仿

5、真技术的深化和扩展。概念设计详细设计产品定型生产虚拟样机测试波音777飞机的研制采用了全数字化的虚拟样机技术整机外形、结构件和各飞行系统100%采用三维数字化定义，100%应用数字化预装配整个设计制造过程没有完整的模型样机，一次定型生产成功波音777成本降低了25%，出错返工率减少了75％，制造周期缩短了50%虚拟样机技术的成功应用范例：波音777飞机的研制：五、虚拟样机的开发与分析软件90年代，在Chace的ADAMS计算程序的基础上，美国MDI(MechanicalDynamicsInc.)公司开发了机械系统运动学与动力学仿真软件A

6、DAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)在Haug的DADS计算程序的基础上，比利时LMS公司开发了机械系统运动学与动力学仿真软件DADS(DynamicAnalysisandDesignSystem)它使用交互式的图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统动力学模型可对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析后处理程序可输出各构件的位移、速度、加速度和反作用力曲线及动画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；计算构件的约束反力作为有限元分析的

7、输入载荷等ADAMS软件首先是一个虚拟样机仿真分析软件：其开放性的程序结构和多种接口，可以成为不同专业领域用户进行特定专业类型虚拟样机分析的二次开发平台例如，在ADAMS核心模块基础上开发的专业轿车模块ADAMS/car，就是一个专业的虚拟样机生成工具使用ADAMS/car，工程师可以建立整车的虚拟样机，修改各种参数并快速观察车辆的运转状态、动态显示仿真数据结果用户只要在模板中输入必要的数据，ADAMS/car就可以自动建立子系统和整车装配模型ADAMS软件也是一个虚拟样机的开发平台：1.3虚拟样机技术应用软件ADAMS的核心基础理论计

8、算多刚体系统动力学：采用程式化的方法，利用计算机来解决复杂机械系统的运动学与动力学的自动建模与数值分析。1.1687年，牛顿建立了牛顿方程，解决了质点的运动学和动力学问题2.欧拉于1725年提出刚体的概念，