ADAMS 柔性体运动仿真分析及运⽤
焦⼴发，周兰英
（北京理⼯⼤学机械与车辆⼯程学院100081）
摘要介绍了ADAMS柔性体基本理论及在ADAMS中⽣成柔性体的⼏种⽅法，并构建机械系统仿真模型.通过⼀个实例验证了ADAMS 柔性体运动仿真分析的实效. 关键词:ADAMS 柔性体运动仿真继电器
Application of ADAMS flexible body kinetic simulation
Jiao guangfa Zhou lanying
(Beijing institute of technology ,school of mechanical and vehicular engineering , Beijing 100081 ) Abstract Introduced the basic theory of ADAMS flexible body and some methods of adding flexible bodies to a model to study the dynamic characteristics of the mechanical system1,constructed mechan
ical system simulation model1 Tested the validity of the ADAMS flexible kinematical simulation through an example1.
Key words :ADAMS Flexible body Kinetic simulation relay
ADAMS全称是机械系统⾃动动⼒学分析软件，它是⽬前世界范围内最⼴泛使⽤的多体1系统仿真分析软件，其建模仿真的精度和可靠性在现在所有的动⼒学分析软件中也名列前茅.机械系统动⼒学仿真分析是机械设计的重要内容，过去分析时建⽴的模型，其构件都是属于刚体，在作运动分析时不会发⽣弹性变形.⽽实际上，在较⼤载荷或加、减速的情况下，机构受⼒后会有较⼤的变形和位移变化，产⽣振动.ADAMS的分析对象主要是多刚体，但ADAMS提供了柔性体模块，运⽤该模块可以实现柔性体运动仿真分析，以弹性体代换刚体，可以更真实地模拟出机构动作时的动态⾏为，同时还可以分析构件的振动情况[1].
⼀、ADAMS柔性体理论及⽣成柔性体的⼏种⽅法
ADAMS柔性模块是采⽤模态来表⽰物体弹性的，它基于物体的弹性变形是相对于连接物体坐标系的弹性⼩变形，同时物体坐标系⼜是经历⼤的⾮线性整体移动和转动这个假设建⽴的.其基本
基⾦项⽬：北京市重点学科建设（XK100070424）；北京理⼯⼤学基⾦（0303E10）
2010安徽中考语文
作者简介：焦⼴发（1982—），男，河北⼈，硕⼠，主要研究⽅向为动⼒学仿真，有限元分析和表⾯涂层技术. 思想是赋予柔性体⼀个模态集，采⽤模态展开法,⽤模态向量和模态坐标的线性组合来表⽰弹性位移，通过计算每⼀时刻物体的弹性位移来描述其变形运动.ADAMS柔性模块中的柔性体是⽤离散化的若⼲个单元的有限个结点⾃由度来表⽰物体的⽆限多个⾃由度的.这些单元结点的弹性变形可近似地⽤少量模态的线性组合来表⽰.
ADAMS提供了四种⽣成柔性体的⽅法，对于外形简单的构件，可以采⽤直接⽣成柔性件的⽅法，即拉伸模式；对于外形复杂的构件，可以采⽤先建刚性件, 再进⾏⽹格划分的模式, 即构件⽹格模式(Solid).
1) 拉伸法⽣成柔性体:⾸先要确定拉伸中⼼线，再定义截⾯半径、单元尺⼨、材料属性等，最后定义好柔性体跟其它构件的连接点即外连点，就可以⽣成柔性体.模型⽣成柔性件的同时⽣成模态中性⽂件，该模态中性⽂件中包含了柔性件的质量、质⼼、转动惯量、频率、振型以及对载荷的参数因⼦等信息.将模型中原有的刚体件上的运动副修改在柔性件上，使柔性件与模型上的其它构件连接起来，同时删除⽆效的刚性件.这样可以使模型保持原有的⾃由度，从⽽实现柔性构件的运动仿真运算.
2)⼏何外形法⽣成柔性体：这种⽅法是将⼏何体的外形所占⽤的空间进⾏有限元离散化,⼏何体既可以是在ADAMS/View中创建的，也可以是从其他CAD软件中导⼊的模型.这种⽅法⾸先要定义柔性件的附
着点，即柔性件与其它构件的连接点.定义好附着点后，需要在附着点的附近的⽹格结点上选取适当数量结点作为⼒的作⽤点，作⽤点的数量和位置根据模型精度的需要来选取.最后，将选取的结点转换成ADAMS 的标识ID后，就可以⽣成模态中性⽂件.⽤这种⽅法与拉伸法相⽐，拉伸法创建的柔性体是六⾯体单元,⽽⼏何外形法⽣成的柔性体是四⾯体单元.⼀般来说六⾯体单元要⽐四⾯体单元要好些.
3)导⼊有限元模型的⽹格⽂件创建柔性体：在ADAMS/AutoFlex的Flexbody 中选择Import mesh项，然后输⼊⽹格⽂件名，最后定义⽹格的材料属性，壳单元的厚度和计算的模态数，就可以导⼊柔性体，但是应⽤范围很⼩，只能输⼊Natran的bdf⽹格⽂件和I-DEAS的universal⽹格⽂件[2].
4）利⽤ANSYS的宏命令⽣成ADAMS柔性体：A NSYS是⼀个多重物理有限元分析软件，适⽤于各种复杂的、跨领域的分析设计.ANSYS与ADAMS
之间的双向数据接⼝可以⽅便地处理柔性体部件对机械系统运动的影响，并得到基于精确动⼒学分析结果的应⼒应变分析结果，从⽽提⾼分析⽔平.通过ADAMS软件与ANSYS软件之间的接⼝，可以很⽅便的考虑柔性体部件对机械系统运动的影响，并得到基
微粒算法于精确动⼒学仿真结果的应⼒应变分析结果，提⾼分析精度.ANSYS程序在⽣成柔性体部件的有限元模型之后，利⽤ADAMS宏命令可以很⽅便地输ADAMS软件所需要的模态中性⽂件f此⽂件包含了ADAMS中柔性体的所有信息.在ADAMS软件中直接读⼊此⽂件即可看到柔性体部件的模型，
指定好柔性体与其它部件的连结⽅式, 并给系统施加必要的外载后即可进⾏系统的动⼒学仿真
[3].25th hour
⼆、实例分析
本⽂主要应⽤ADAMS提供的⼏何外形法⽣成柔性体.
1.应⽤solidworks软件建⽴继电器三维实体模型，模型由衔铁、顶⽀架、底⽀架、触头、动簧⽚、动断静簧⽚、动何静簧⽚等组成，在建⽴模型过程中，对模型作了简化，省略了线圈、磁铁等部件，结构如图： 1.顶⽀架
2.动簧⽚
3.动断静簧⽚
4.触头
5.动簧⽚
6.
动合静簧⽚7.衔铁8.挡圈9.底⽀架
图1 三维软件模型
2.建⽴模型后，⽣成Parasolid格式，保存于ADAMS的⼯作⽬录下.
3.导⼊ADAMS中，并定义各部件的材料属性，同时ADAMS⾃动计算出转动惯量和质量.对各个部件进⾏约束.在这⾥对结构进⾏了简化，忽略了电学的⼲扰，只考虑机械结构之间的相互关系.⾸先⽤固定副把顶⽀架和底⽀架与⼤地固定在⼀起，然后固定动簧⽚，动断静簧⽚，动合静簧⽚，还要把触头与
衔铁固定在⼀起，最后在衔铁与底⽀架之间施加旋转副，由于触头与动簧⽚接触，动合静簧⽚，动断静簧⽚之间也产⽣接触⼒，因此在这些部件之间也要定义接
触.因为这次主要是为了验证柔性体的仿真，忽略了电磁学问题，同时也可忽略掉顶⽀架和底⽀架，因此把顶⽀架和底⽀架设置为哑物体，并对部分构件设为透明如图2所⽰.经简化后，在旋转副上加正弦驱动⼒来模拟电磁铁产⽣的吸附⼒，驱动⼒为9.5d *sin(1200* time)，再进⾏仿真.设置仿真时间为0.015s，步长为0.000025s，由于动簧⽚为刚性体，当触头与动簧⽚接触时就会发⽣错误，当时间步长⾜够⼩时，也会发⽣穿透现象生命的奔流
.
1.衔铁
2.动簧⽚
3.动合静簧⽚
4.动断静簧⽚
5.触头
6.衔铁
7.底⽀架图2 简化后的模型
4.把关键部件改变为柔性体。对于这个继电器模型⽽⾔，衔铁带动触头推动动簧⽚与动断静簧⽚分离，同时动簧⽚与动合静簧⽚接触接触，由于动簧⽚要与动合静簧⽚接触，所以要发⽣变形，当把动簧⽚设为刚性体时，是不能发⽣变形的，不符合实际，也是为什么发⽣错误的原因，因此要把动簧⽚替换为柔性体，⽽在这个模型中，顶⽀架与底⽀架，动断静簧⽚，动合静簧⽚⼏乎没有发⽣⽣什么变形，所以把这⼏个部件看为刚性体，然后进⾏分析.本⽂采⽤⼏何外形法⽣成柔性体.1）加载
ADAMS/AutoFlex 模块；2）计算动簧⽚的mnf ⽂件；3）⽤⽣成的柔性体替换原来的动簧⽚刚性体，并删除原来的刚性体；4）添加约束，固定柔性体；5)创建
两个哑物体，并把哑物体与柔性体固定，哑物体固定在动簧⽚与动断静簧⽚动合静簧⽚接触处，因为刚性体不能与柔性体定义接触，所以建⽴哑物体⽤来定义接触；6）定义触头与哑物体的接触；7)设置仿真步长为0.000025s 仿真时间为0.015s ，仿真，结果如图3所⽰：
1.底⽀架
2.动合静簧⽚
3.动簧⽚
4.动断静
簧⽚5.触头6.衔铁
图
3(a)
1. 衔铁
2.动簧⽚
3. 动合静簧⽚
4.动断静簧⽚
5.触
头6. 底⽀架图3(b)
图3 替换为柔性体后模型的变形情况
伦敦铜在仿真过程中，没有发⽣穿透现象，动簧⽚也发⽣了变形，当时间⾜够⼩时，改变驱动⼒的频率，可以发现当动簧⽚与动合（断）静簧⽚接触时发⽣了回弹跳动，哈尔滨⼯业⼤学在这⽅⾯作了相关的分析，因此符合实际情况. 5.分析仿真曲线
对于本次研究的继电器模型，我们关
⼼的是它的寿命情况，主要是因为在特殊环境下，有些关键零部件会发⽣磨损，影响继电器的正常⼯作，因此要分析继电器簧⽚的应⼒情况和受⼒情况如图4所⽰：
(a)动簧⽚与动合静簧⽚接触X 向受⼒图
abp-146
(b)动簧⽚与动合静簧⽚接触Y 向受⼒图
(c)动簧⽚与动合静簧⽚接触Z
向受⼒图
(d)动簧⽚与动何静簧⽚接触合⼒图图4 动簧⽚与动合静簧⽚接触⼒图
从图4中可以看出，在0.015s 时间内发⽣了两次碰撞，⽽且每次都有回跳现象，⽽且对于继电器⽽⾔，应该存在X 与Y ⽅向的⼒，⽽从图4(c)中可以看出，存在Z ⽅向的分⼒，因此可以推断出当动簧⽚与动合静簧⽚接触时动簧⽚产⽣了侧倾，导致接触时产⽣Z ⽅向的奋⼒.对
于触头与动簧⽚的接触作⽤⼒如图5所⽰：
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