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ADAMS参数化建模及优化设计-机械系统动力学分析及ADAMS应用.docx

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资源描述
<p>个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 第 10 章 &nbsp; &nbsp;ADAMS 参数化建模及优化设计 本章将通过一个具体的工程实例,介绍 ADAMS/View 的参数化建模以及 ADAMS/View 提供的 &nbsp; 3 &nbsp;种类型的参数化分析方法:设计研究 &nbsp; &nbsp; (Design &nbsp;study)、试验设计 &nbsp; &nbsp;(Design &nbsp;of Experiments, &nbsp; &nbsp; DOE)和优化分析(Optimization)。其中 &nbsp;DOE 是通过 ADAMS/Insight 来完成, 设计研究和优化分析在 ADAMS/View 中完成.通过本章学习, 可以初步了解 ADAMS 参数化 建模和优化的功能。 10。 &nbsp;1 ADAMS 参数化建模简介 ADAMS 提供了强大的参数化建模功能。在建立模型时,根据分析需要,确定相关的关 键变量, &nbsp;并将这些关键变量设置为可以改变的设计变量。 在分析时, &nbsp;只需要改变这些设计变 量值的大小,虚拟样机模型自动得到更新 .如果,需要仿真根据事先确定好的参数进行,可 以由程序预先设置好一系列可变的参数, &nbsp;ADAMS 自动进行系列仿真, &nbsp;以便于观察不同参数 值下样机性能的变化。 进行参数化建模时,确定好影响样机性能的关键输入值后, &nbsp;ADAMS/View 提供了 4 种 参数化的方法: (1)参数化点坐标 &nbsp; &nbsp;在建模过程中,点坐标用于几何形体、约束点位置和驱动的位置。点 坐标参数化时,修改点坐标值,与参数化点相关联的对象都得以自动修改。 (2) 使用设计变量 &nbsp; &nbsp;通过使用设计变量, &nbsp;可以方便的修改模型中的已被设置为设计变量 的对象.例如,我们可以将连杆的长度或弹簧的刚度设置为设计变量.当设计变量的参数值发 生改变时,与设计变量相关联的对象的属性也得到更新。 (3)参数化运动方式 &nbsp; &nbsp;通过参数化运动方式,可以方便的指定模型的运动方式和轨迹。 (4) 使用参数表达式 &nbsp; &nbsp;使用参数表达式是模型参数化的最基本的一种参数化途径。 当以 上三种方法不能表达对象间的复杂关系时,可以通过参数表达式来进行参数化。 参数化的模型可以使用户方便的修改模型而不用考虑模型内部之间的关联变动,而且可 以达到对模型优化的目的。参数化机制是 ADAMS 中重要的机制. 10。 &nbsp;2 ADAMS 参数化分析简介 参数化分析有利于了解各设计变量对样机性能的影响。在参数化分析过程中 ,根据参数 化建模时建立的设计变量,采用不同的参数值,进行一系列的仿真 .然后根据返回的分析结 果进行参数化分析, &nbsp;得出一个或多个参数变化对样机性能的影响。 再进一步对各种参数进行 优化分析,得出最优化的样机。 &nbsp;ADAMS/View 提供的 3 种类型的参数化分析方法包括:设 计研究(Design study)、试验设计(Design of Experiments, DOE)和优化分析(Optimization)。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 10.2。 &nbsp;1 &nbsp;设计研究(Design study) 在建立好参数化模型后,当取不同的设计变量,或者当设计变量值的大小发生改变时,仿 真过程中, &nbsp;样机的性能将会发生变化。 而样机的性能怎样变化, &nbsp;这是设计研究主要考虑的内 容。 &nbsp;在设计研究过程中, &nbsp;设计变量按照一定的规则在一定的范围内进行取值。 根据设计变量 值的不同,进行一系列仿真分析.在完成设计研究后,输出各次仿真分析的结果.通过各次分 析结果的研究,用户可以得到以下内容: (1)设计变量的变化对样机性能的影响。 (2)设计变量的最佳取值。 (3)设计变量的灵敏度,即样机有关性能对设计变量值的变化的敏感程度. 10.2.2 &nbsp;试验设计(Design of Experiments) 试验设计(Design of Experiments, DOE)考虑在多个设计变量同时发生变化时,各设计 变量对样机性能的影响。试验设计包括设计矩阵的建立和试验结果的统计分析等。最初 ,所 设计的试验设计(DOE)用在物理实验上面 ,但对于虚拟试验的效果也很好。传统上的 &nbsp;DOE 是费时费力的。使用 ADAMS 的 DOE 可以增加获得结果的可信度,并且在得到结果的速度 上比试错法试验或者一次测试一个因子的试验更快,同时更能有助于用户更好地理解和优化 机械系统地性能。 对于简单的设计问题,可以将经验知识 ,试错法或者施加强力的方法混合使用来探究和 优化机械系统的性能。但当设计方案增加时 ,这些方法也就不能得出快速地、系统化公式化 的答案。一次改变一个因素(也称设计参数,Factors)不能给出因素之间相互影响的信息 ,而 进行多次仿真同时测试多个不同的因素会得到大量的输出数据让用户评估。为了减少耗时的 工 作, &nbsp; ADAMS/Insight &nbsp;提 供 一 个 定 制 计 划 和 分 析 工 具 来 进 行 一 系 列 的 试 验, &nbsp; 并 且 ADAMS/Insight 帮助确定相关的数据进行分析,并自动完成整个试验设计过程。 总的说来, &nbsp;ADAMS 中的 DOE 是安排试验和分析试验结果的一整套步骤和统计工具,试 验的目的就是测量出虚拟样机模型的性能,制造过程的产量,或者成品的质量. DOE 一般有以下五个基本步骤: (1)确定试验目的 .例如,想确定那个变量对系统影响最大。 (2)为系统选择你想考察的因素集,并设计某种方法来测量系统的响应。 (3)确定每个因素的值,在试验中将因素改变来考察对试验的影响。 (4)进行试验,并将每次运行的系统性能记录下来。 (5)分析在总的性能改变时,哪些因素对系统的影响最大。 对设计试验的过程的设置称为建立矩阵试验(设计矩阵)。设计矩阵的列表示因素,行 表示每次运行,矩阵中每个元素表示对应因素的水平级(即可能取值因子, &nbsp;Levels),是离散 的值。 设计矩阵给每个因素指定每次运行时的水平级数, 只有根据水平级才能确定因素在运 算时的具体值。 创建设计矩阵通常有五种方法,这五种的目的和特点各有所区别: &nbsp; &nbsp;Perimeter Study:测试分析模型的健壮性。 &nbsp; &nbsp;DOE Screening (2-level): &nbsp;确定影响系统行为的某因素和某些因素的组合; 确定每个 因素对输出会产生多大的影响。 &nbsp; &nbsp;DOE Response Surface (RSM):对试验结果进行多项式拟合。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 &nbsp; &nbsp; Sweep Study:在一定范围内改变各自的输入。 &nbsp; &nbsp;Monte Carlo:确定实际的变化对设计功能上的影响. 创建好设计矩阵后,用户需要确定试验设计的类型。在 ADAMS/Insight 中有六种内置设 计类型来创建设计矩阵, &nbsp;也可以导入自己创建的设计矩阵。 可以自由选择设计矩阵, &nbsp;为系统 创建最有效率的试验。 当使用内置的设计类型时, &nbsp;ADAMS/Insight 根据选择的设计类型生成相应的设计矩阵。 这六种设计类型是 Full Factorial、Plackett-Burman &nbsp;、Fractional Factorial、Box-Behnken Central、 Composite Faced(CCF)、 &nbsp;D—Optimal。 (1) &nbsp;Full Factorial 是所有设计类型中综合程度最高的,使用到了因素水平的所有可能 的组合。 (2) &nbsp;Plackett—Burman 设计类型适用于在大量的因素中筛选最有影响的因素。该设计所 需要的传统设计类型运行的次数最少,但不允许用户估计这些因素之间的相互的影响。 (3) &nbsp;Fractional Fractorial 和 Plakett—Burman 使用的是 Full Factorial 专门的子集,因而 也被看作减化的 Factorial.它普遍用于筛选重要变量并主要用于两水平的因素,能够估计其对 系统的影响。 (4)Box-Behnken 设计类型使用设计空间中平面上的点。这样该设计就适用于模型类型 为二次的 RSM 试验。 &nbsp;Box-Behnken 对每个因素需要三个水平. (5) &nbsp;CCF (Center Composite Faced)设计类型使用的是每个数据轴上的点(开始点),以及 设计空间的角点(顶点) &nbsp;,和一个以上的中心点。 &nbsp;CCF 比 Box—Behnken 相比较运行的次数 更多。 &nbsp;CCF 适用于二次 RSM 试验的模型类型。 (6)D—Optimal 设计类型产生的是将系数不确定性降到最低的模型.这种设计类型由根 据最小化规则从大量候选因素中随机抽取的行所组成。 &nbsp;D-Optimal 指明了在试验中运行的总 次数,将以前试验中已存在的行提供给新的试验,并对每个因素指定不同的水平。这些特性 使得 D—Optimal 在很多情况,特别是在试验费用惊人的情况下,成为最佳选择,。 10.2。 &nbsp;3 优化分析(Optimization) 优化是指在系统变量满足约束条件下使目标函数取最大值或者最小值。目标函数是用数 &nbsp;学方程来表示模型的质量、效率、成本、稳定性等。使用精确数学模型的时候,最优的函数 值对应着最佳的设计。 &nbsp;目标函数中的设计变量对需要解决的问题来说应该是未知量, 并且设 &nbsp;计变量的改变将会引起目标函数的变化。在优化分析过程中, 可以设定设计变量的变化范围, &nbsp;施加一定的限制以保证最优化设计处于合理的取值范围。 另外对于优化来说,还有一个重要的概念是约束.有了约束才使目标函数的解为有限个, 有了约束才能排除不满足条件的设计方案。 通常,优化分析问题可以归结为:在满足各种设计条件和在指定的变量变化范围内 ,通 过自动地选择设计变量,由分析程序求取目标函数的最大值或最小值. 虽然 Insight 也有优化的功能,但两者还是有区别,并且互相补充。试验设计主要研究哪 些因素的影响比较大,并且还调查这些因素之间的关系;而优化分析着重于获得最佳目标值。 试验设计可以对多个因素进行试验分析 ,确定哪个因素或者哪些因素的影响较大,然后,可 &nbsp;以利用优化分析的功能对这些影响较大的因素进行优化,这样可以达到有效提供优化分析算 法的运算速度和可靠性。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 10。 &nbsp;3 参数化建模应用实例 由于多体动力学仿真系统是复杂的系统,仿真模型中各个部件之间存在着复杂的关系, 因 此在仿真建模的时候需要提供一个良好的创建模型、 修改模型机制, &nbsp;在对某个模型数据进行 改变时,与之相关联的数据也随之改动,并最终达到优化模型的目的。 &nbsp;ADAMS 为多体动力 学仿真建模提供了这样一个机制 ――参数化建模机制, 它为用户设计、 优化模型提供极大的 方便。 在 10。 &nbsp;1 节中, &nbsp;对参数化建模做了简要的介绍, &nbsp;本节将主要以双摆臂独立前悬架运动学 模型为例,着重介绍参数化点坐标的方式参数化建模。 10.3.1 &nbsp;双摆臂独立前悬架拓扑结构 双摆臂独立前悬架系统主要部件有上摆臂(UCA, &nbsp;Upper Control Arm)、下摆臂(LCA, Lower Control Arm)、转向节(Knuckle)、横向拉杆(Tie Rod)、测试台(Test Plane)、地面(Ground, 由于车身固定在地面上,因此车身和地面为一体),它们之间由铰链联接,并提供给其一个位 移驱动,使其能绕轴上下转动。其联接关系图如下: 图 &nbsp;10.-1 模型拓扑结构 10.3。 &nbsp;2 &nbsp;系统环境设置 (1)设置工作平面。这里设置 XOZ 为工作平面。设置方式如下,进入菜单 settings、working grid…, &nbsp;见图 10—2.在弹出对话框中选择 Gloab XZ(图 10—3)在主工具箱, &nbsp;点击视图设置(图 10-4)。 图 10-2  图 10-3 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10-4 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 10-5 (2)单位设置。点击菜单命令 Settings-〉 &nbsp;Units…,选择 MMKS。 (3)消息窗口设置.点击菜单命令 View-&gt;Message Window,在弹出对话框中点击左下角 按钮 Setting,弹出图 10—5 所示对话框,选择 Error。 10.3.3 &nbsp;双摆臂独立前悬架参数化建模 采用参数化点的方式来建模时 ,参数化点主要提供多体系统模型中各个对象(部件、约 束、标架、力、力元等)的位置坐标,修改对象通过修改这些参数化点来完成 . 因此在参数 化点方式参数化建模时, &nbsp;参数化点是最基本的要素。 &nbsp;参数化点方式建模的步骤大致为: &nbsp;确立 参数化点-〉创建参数化点-&gt;创建模型部件-&gt;创建联接关系-&gt;创建驱动、力或者力元. (1)确定参数化点 对于本节双摆臂独立前悬架系统,参数化点的确立主要考虑两个方面: 1 .能为模型对象位置和方向定位; 2 .根据点能创建模型可视化几何实体。 根据以上两原则, 由模型的拓扑结构可得到下参数化表: 表 10— 1 模型的参数化表 说 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;明 下摆臂后端与车体铰链联接点 下摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与下摆臂铰链联接点 上摆臂后端与车体铰链联接点 上摆臂前端与车体铰链联接点 转向节与上摆臂铰链联接点 左横向拉杆与车体铰链联接点 &nbsp; 转向节与横向拉杆铰链联接点 &nbsp; 定位万向节(车体上) &nbsp;Z 方向点 转向节中心点 坐标值(X, Y, &nbsp; &nbsp; Z) &nbsp; &nbsp; &nbsp;307。0 , 1560.0, &nbsp;383。 0 307.0, &nbsp; &nbsp;1285。 &nbsp;0, 388.0 686。0, &nbsp; &nbsp;1414。0, 364。 0 384.0, 1564.0, 650。 &nbsp;0 384.0, 1330.0, &nbsp; &nbsp;708.0 593。 &nbsp;0, 1448.0, 686.0 377。0, &nbsp;1311.0, 471.0 703.0, 1305。 &nbsp;0, &nbsp; &nbsp;459.0 390。 0, 1311。 0,471。 0 686。0, 1442。0, &nbsp; &nbsp;507。 0 序号 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 名称 1 &nbsp; &nbsp; &nbsp;lca_r_center 2 &nbsp; &nbsp; &nbsp;lca_f_center 3 &nbsp; &nbsp; &nbsp;lca_knuckle 4 &nbsp; &nbsp; &nbsp;uca_r_center 5 &nbsp; &nbsp; &nbsp;uca_f_center 6 &nbsp; &nbsp; &nbsp;uca_knuckle 7 &nbsp; &nbsp; &nbsp;tierod_middle 8 &nbsp; &nbsp; &nbsp;tierod_knuckle 9 &nbsp; &nbsp; &nbsp;hookref 10 &nbsp; &nbsp; &nbsp;knuckle_center 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 11 &nbsp; &nbsp; wheel_center &nbsp; &nbsp; &nbsp; 743.0, &nbsp; &nbsp;1442.0, &nbsp; &nbsp;507.0 &nbsp; 轮中心点 12 &nbsp; &nbsp; &nbsp;wheel_outer &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;813.0, &nbsp; &nbsp;1442.0, 507。 &nbsp;0 &nbsp; 定义轮几何实体辅助点 13 &nbsp; &nbsp; &nbsp;wheel_inner &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;673.0, 1442.0, &nbsp; &nbsp;507。 &nbsp;0 &nbsp; 定义轮几何实体辅助点 14 &nbsp; &nbsp; &nbsp;test_plane &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 743。 &nbsp;0, 1442.0, 207.0 &nbsp; &nbsp; &nbsp;测试台与转向节铰链联接点 (2)创建参数化点 创建参数化点在 ADAMS/View 中有两种方式,一种是通过主工具箱中快捷图标 &nbsp; &nbsp; &nbsp;创 建,另外一种方式是通过“Tool&quot;菜单中的”Command Navigator…&quot;来创建.见图 10-6 通过快捷图标创建 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;通过菜单命令创建 图 10—6 创建参数化点 在本节示例中,我们采用后一种方式创建, 即菜单命令。随后出现 &nbsp;Command Navigator 对话框,找到其中的 point,点击前面“+”号展开,在展开后的列表中双击 create,见图 &nbsp;10-7, 这时系统弹出创建点对话框(图 10。 &nbsp;3-8)。 图 10—7 创建点命令 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 10-8 &nbsp; 创建点对话框 图 10-8 所示对话框中第一个编辑框为点的名字,在编辑框中输入为.model_ 1。 &nbsp;ground。 lca_r_center;Comments 表示对这个点的注释; 在 Location 这一栏中根据表中提供的数据输入 点的坐标“307。 &nbsp;0 ,1560。 &nbsp;0, 383.0”;最后一个编辑框是选择参考标架,如果选择有参考标 架,则说明该点的坐标是在参考标架里的坐标,如果不填则视为全局标架下的坐标。 点击 &nbsp;Ok,并重复上述步骤创建剩下的点,或者点击 &nbsp;Apply,直接改动名字 ,输入坐标 . 创建完成后,界面上会出现 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图标,这表示创建出的点。 注意 : 如果看不到图标,可以点击主工具箱中的按钮“Icon&quot; ,或者按“Ctrl+v” . (3)创建模型部件 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 1.创建空部件 在 &nbsp;ADAMS &nbsp;中必须先有部件才能为其创建可视化几何实体。因此我们先创建一个空部 件, 即没有任何属性的部件。 先创建上摆臂。进入“ Command Navigator”对话框,依次展开“ part”、“create”和 “rigid_body&quot;,双击“ name_and_position”,见图 &nbsp; 10-9,弹出创建刚体对话框 ,将部件名字改 为.model_ 1.uca,其余缺省,点击“OK”,图 10- 10。一个名为 uca 的部件被创建,接下来将 创建 uca 的几何实体。 图 10-9 创建几何形体 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 10-10 创建几何形体对话框 2.创建几何实体 &nbsp; &nbsp; 在“Command Navigator&quot;对话框中展开“geometry”,“create”,“shape&quot;,双击“cylinder&quot; 弹出对话框,在名字框可以改动几何实体的名称,特别注意的是,一定要将几何实 体创建到它属于的部件,这里是.model_ 1.uca。见图 10— 11. &nbsp; &nbsp; 将光标移到“Center Marker”编辑框中,右击鼠标选择“Marker&quot; &nbsp;,在出现的子菜 单中点击“Create&quot;,弹出创建 Marker 的对话框,使用缺省名字。见图 10— 11。 &nbsp; &nbsp; 将光标移到”Location “编辑框中,右击鼠标,选择“Pick Location&quot;,然后用鼠标在图 形区中选择点“uca_knuckle”,在对话框的下拉菜单中选择“Along Axis orientation&quot;, 选择点“uca_f_center&quot;,见图 10— 12。表示创建的 Marker“Z&quot;轴方向为点“uca_knuckle&quot; 指向点“uca_f_center”方向,这指定了所创建圆柱体的轴线方向.点击“OK”。图 10— 13 为选择好参数的对话框。 注意 : Marker 是 &nbsp;ADAMS &nbsp;中是重要的对象,ADAMS &nbsp;中的几何实体,约束、力、力元都由 Marker 定义.我们将根据已创建成功的参数化点来创建Marker,这样当我们修改参数化点的 时候,与之关联的 Marker 也随之改动。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10— 11 创建中心标架 图 10-12 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 &nbsp;10-13 &nbsp; &nbsp; 回到创建圆柱体的对话框,在长度对话框栏右击鼠标,选择“Parameterize&quot;-&gt; “Expression build”,在弹出对话框中的下拉菜单选择“Modeling Function”,在下 &nbsp;面列表中选择“DM”,用来计算两点之间距离.点击按钮“Assist..。”,弹出对话框, 在 object1 编辑框中输入第一个点“uca_knuckle&quot;,在 object2 编辑框中输入 “uca_f_center”见图 10— 14, &nbsp; 10— 15. 图 10-14 &nbsp; 求两点距离函数 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;图 10-15 输入两点 &nbsp; &nbsp; 关闭对话框后回到创建几何实体对话框, 在“Radius&quot;编辑栏中输入 15,点击“OK”, 则几何体创建成功。 &nbsp;然后根据点“uca_knuckle&quot;和“uca_f_center&quot;创建 uca 部件的另 外一个几何实体。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 3.创建其他部件 通过上述方式分别为余下部件创建几何实体 表 2 模型部件列表 长度(L) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;半径 DM(object1, &nbsp; &nbsp; &nbsp; object2) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 15 lca_knuckle , &nbsp; lca_f_center &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;15 lca_knuckle &nbsp;, &nbsp; &nbsp; &nbsp; lca_r_center &nbsp; &nbsp;15 tierod_knuckle &nbsp;, &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 15 tierod_middle 20 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; 120 knuckle_center, &nbsp; &nbsp;uca_knuckle &nbsp; &nbsp;15 knuckle_center, lca_knuckle &nbsp; &nbsp; &nbsp; 15 knuckle_center, &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;15 tierod_knuckle knuckle_center, &nbsp; &nbsp;uca_knuckle &nbsp; &nbsp;15 长度 -30 —30 70 70 顶端半径 270 270 300 300 底端半径 300 300 Center Marker Location lca_knuckle &nbsp; &nbsp;lca_knuckle &nbsp; &nbsp;tierod_knuckle test plane &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;knuckle_center knuckle_center knuckle_center knuckle_center wheel_center &nbsp; wheel_center Location wheel_outer wheel_inner Along Axis… lca_f_center &nbsp;lca_r_center &nbsp;tierod_middle wheel_center uca_knuckle lca_knuckle &nbsp; &nbsp;tierod_knuckle uca_knuckle &nbsp;wheel_inner &nbsp;wheel_outer &nbsp;Along Axis… wheel_center wheel_center 部件 LCA tierod test_plane Knuckle Wheel Cylinder1 Cylinder2 Cylinder1 Cylinder1 Cylinder1 Cylinder2 Cylinder3 Cylinder4 Cylinder1 Cylinder2 Frustum1 Frustum2 注意: 1. &nbsp;在此模型中,我们规定轮与转向节之间没有转动,两者属于同一部件; 2. &nbsp; 在创建每个几何实体前必须先创建一个空部件。 最终形成图 10- 16 所示的仿真模型。 图 10-16 模型生成图 (4)创建约束 1.进入“Command Navigator”对话框,展开“constraint”、“joint”,双击“spherical”。 2.在弹出对话框的 I、 &nbsp;J part Name 编辑框中分别输入 uca 和 knuckle,在“location”编 辑框中选择点 uca_knuckle 见图 10- 17 所示,点击“ok”完成创建。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10— 17 创建约束对话框 3.在横向拉杆(tierod)和车体(ground)之间由万向节联接,由于创建万向节比其他约 束困难,这里将其创建过程描述如下: &nbsp; &nbsp; 进入“Command Navigator”对话框,展开“constraint&quot;、“joint”,双击“hook&quot;。弹 出创建对话框(图 10— 18),在下拉菜单中选择“Position By Using Markers”,通 过 Marker 来为铰定向. 图 10-18 选择 I、 &nbsp;J 标架 &nbsp; &nbsp;I Marker Name 编辑框中右击选择“Marker”、“Create&quot;,弹出创建 Marker 对话框, 这里先创建属于地面的 I Marker,它的 &nbsp;Z 轴为水平方向.将名字改为“model_ 1。 tierod。MARKER41”,在“Location”中选择点 tierod_middle,下拉菜单中选择“Along Axis Orientation”,选择点 hookref。点击“OK”。见图 10- 19. 图 10-19 创建 I 标架对话框 &nbsp; &nbsp; 建横向拉杆上的 J Marker,其 Z 轴为横向拉杆的轴线方向。在创建 Marker 对话框中 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 改 名 字 为 &nbsp;“。 &nbsp; model_ 1。 &nbsp; tierod.MARKER_42 ” , 在 &nbsp;Location &nbsp;编 辑 框 中 选 择 点 tierod_middle,在下拉菜单中选择“Along Axis Orientation&quot;,选择点 tierod_middle, 点击“OK”。见图 10—20 图 10—20 创建 J 标架对话框 铰创建对话框,点击“OK&quot;,则完成创建万向节. 4 .按照上述方法,创建下表中的约束。 表 10-3 &nbsp;约束列表 铰类型 I Part J Part Location Along Axis Orientation 球铰 lca knuckle 球铰 tierod knuckle 旋转铰 lca ground lca_f_center lca_r_center 旋转铰 uca ground uca_f_center uca_r_center 平移副 test_plane ground test_plane wheel_center inplane test_plane knuckle test_plane (5)创建驱动 1.进入“Command Navigator”对话框,依次展开“constraint”、“create&quot;、“joint”,双 击“motion_generator&quot;,弹出图 10-21 对话框. 2. &nbsp;可以在“Motion name”改变motion 的名字。 在函数类型下拉菜单中选择“Function”, 在编辑框中输入“ - 100*time+100” .在接下来的两个下拉菜单中分别选择“displacement” 和“Motion On Joint&quot;. 3. &nbsp; 在 &nbsp;Joint &nbsp;Name &nbsp;中 选 择 测 试 台 上 的 平 移 铰, &nbsp; 在 自 由 度 类 型 下 拉 菜 单 中 选 择 “translational”。 4.点击“OK”。 注意: 驱动有平移和旋转两种,有点驱动(加在 Marker 上)和铰驱动(加在铰上),通过 在此加一个平移类型的铰驱动,相当于给测试平台加上一个上下移动的激励。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10-21 &nbsp; 创建驱动对话框 10。 &nbsp;4 优化设计实例分析 本节通过对双摆臂独立前悬架的参数化模型来具体说明设计研究、试验设计和优化设 计这三种参数化分析方法. 10.4。 &nbsp;1 参数化分析的准备 在完成参数化建模之后, 便可以进行设计研究、 试验设计和优化设计这三种参数化分析 了。对于这三种参数化分析方法,开始的操作步骤是一致的. 1.参数化分析操作步骤 设计研究、试验设计和优化设计这三种参数化分析开始的具体操作步骤如下: 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10—22 参数化分析对话框 (1)在 &nbsp;Simulate &nbsp;菜单,选择 &nbsp; Design &nbsp;Evaluation…命令, &nbsp; ADAMS/View 显示 &nbsp;Design Evalutation Tools 对话框。在 Model 文本对话框内自动导入当前所建立的参数化模型的名称. 也可根据需要输入所需分析模型的名称. (2)选择参数化分析的类型:设计研究(Design Study),试验设计(Design of Experiments) , 或优化分析(Optimization).ADAMS/View 根据选择不同的分析类型,分别显示相应的输入对 话框。 (3)在 Simulation Script 文本输入框输入所使用的仿真分析脚本的名称。 (4)选择测量(Measure)或目标(Objective)确定分析的对象的类型 .根据选择的分析 对象的类型,分别显示相应的输入对话框. (5)如果选择测量(Measure),在选择框,选择测量的类型: 最后一次运算的值(Last Value)、 最小值(Minimum)、最大值(Maximum)、平均值(Average)。并且在右边的文本对话框,输 入测量的名称。 (6)如果选择的对象类型是目标(Objective),在 Objective 文本对话框,输入目标的名 称.对于优化分析,只能输入一个目标。对于设计研究和试验设计,可以输入多个目标。当 输入多个目标时,用逗号分隔目标名。 (7)参数化分析结果的保存。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10-23 参数化结果保存对话框 &nbsp; &nbsp; 选择将参数化分析结果保存到数据库的工具 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;,显示如图 10-23。 &nbsp; &nbsp; 在 Name 对话框,输入将要保存参数化分析结果的名称。 若选择 Auto-Increment Name,在保存参数化分析结果时,ADAMS/View 根据保存的顺序, 自动在名称末尾加一个序号。 (8) 参数化分析结果的删除。 在 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;处点击鼠标右键, &nbsp;选择删除参数化分析结果工具 ,通过在数据库浏览器中选择希望删除的参数化分析结果。选择OK 按钮,删除所选 择的仿真结果。 (9)参数化分析结果曲线的绘制。选择绘制结果工具 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;,显示如图 &nbsp;10-24 所示对话 框。 图 10—24 参数化曲线图对话框 在 Result Set 对话框,输入绘制曲线图的参数化分析结果名称。 若选择 Measure/Objective vs. Run 选项,绘制测量对象与变量值、试验数迭代数的曲线 图。 若选择 Measurevs. Time For All Runs选项。绘制测量对象与时间的曲线图. ,显示如图 &nbsp;10—25 所示产生表格报 10)参数化结果报表显示。选择表格报告工具 告对话框。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10—25 产生表格报告对话框 在 Result set 对话框,输入用表格显示的参数化分析结果名称。 在 Column Width 对话框,输入表格列的宽度。 在 Precision 对话框,输入表格中数值的精度。 在 Format 栏选择选择表格中数值的格式。 &nbsp; &nbsp;Automatic:程序根据表格中数值的位数和表格的宽度,自动选择使用指数形式还是 固定格式表示表格中的数值。 &nbsp; &nbsp;Exponential:采用指数形式表示表格中数值。 &nbsp; &nbsp;Fixed:采用固定格式表示表格中的数值。 若需将表格输入到一个文件中,可以在 File Name 输入文件名. 若在信息窗口显示表格,可以选择 Display in Information Window. (11)设计变量值的更新,利用参数化分析对话框中提供的更新变量工具 &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;,设置 试验或迭代时的设计变量值,在 Trial 对话框,输入希望使用的试验或迭代数.对话框如下图: 图 10-26 更新设计变量对话框 (12)参数化分析控制参数设置,在Settings 栏,有 3 个参数设置按钮: &nbsp;Display、 &nbsp;Output 和 Optimizer. &nbsp; &nbsp; 选择 Display 按钮,可以显示在参数化分析过程中控制显示方式的参数设置对话框。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10—27 显示方式参数设置对话框 &nbsp; &nbsp; 选择 Output 按钮,可以显示控制参数化分析过程输出的参数设置对话框,从中可 以选择是否保存仿真输出结果以及以怎样的文件格式输出参数化分析结果 &nbsp; &nbsp;(Save Files)。 图 10-28 分析过程输出参数设置对话框 &nbsp; &nbsp; 选择 Optimizer 按钮,可以显示优化分析设置对话框,其中: a.在 Algorithm 栏可以选择优化分析的运算法则。 b.在 Tolerance 下方的文本输入框,输入优化分析的收敛允许偏差。 c.在 Max. Iterations 栏,输入最大的迭代次数. d.在 Rescale 栏,输入重新调整的迭代数,在迭代过程中,达到该迭代数后将重新调整 设计变量。 e.在 Differencing 选择栏,选择采用的差分方法:中心差分法(Centered),还是向前差 分法(Forward)。 f.在 Increment 栏,输入差分的增量. g.在 Debug 选择项,选择是否需要跟踪优化分析的输出。 个人收集整理 &nbsp;勿做商业用途 图 10-29 优化分析设置对话框 (13)设置完成后 ,选择 Start 键,运行参数化分析. 2.目标对象的设置 在 进 行 参 数 化 分 析 时, &nbsp; 需 要 检 测 设 计 样 机 的 有 关 性 能, &nbsp; 并 将 这 些 目 标 简 化 为 ADAMS/View 分析时可以计算的单独变量.在优化过程中, &nbsp;称为目标函数或目标;在试验设计 中,称为响应特性。 (1)建立测量目标。在建立测量目标时,如果只需要优化样机模型中某点的位置或速 度的大小, &nbsp;测量目标很容易建立。 &nbsp;一旦建立测量目标涉及到的因素太多, &nbsp;测量目标的建立就 较为复杂.根据建立测量目标的不同要求,需要考虑以下因素: 1 .保持对象在</p>
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