淺談ADAMS軟件應用

【摘要】本文根據對ADAMS軟件的特點和其強大的使用性功能，介紹其在相關行業和部門的廣泛應用。以舉例的形式從實際生產生活入手，讓大家從實踐方面更好的了解ADAMS軟件，深入理解其實際應用的必要性和優勢。在培養學生的學習興趣，其實更好的理解和掌握相關知識方面具有重要的意義。

【關鍵詞】ADAMS；仿真；應用；分析軟件

一、ADAMS軟件的描述

ADAMS軟件，即機械系統動力學自動分析（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）軟件，是專門應用于機械產品虛擬樣機開發方面的分析軟件。而虛擬樣機是在指在計算機中建立出來的開發產品的模型，并具有需要的某些特定的功能。

虛擬樣機對于產品的開發具有十分重要的意義。首先，理解什么是虛擬樣機。樣機，通常指產品在正式批量生產前或產品設計完成后必須對產品的各種性能進行測試，檢驗性能必須滿足條件，比如說汽車振動，某個零件耐久性等。這就需要做一個樣機出來，看看其是否滿足性能要求，如果不滿足就要修改，這種樣機就稱為實際樣機，就如生活中很多系列產品推薦新產品時派發的樣品或小樣。在此過程中就存在一個問題，如果產品多處不合格，或者需要反復修改，每一次都要做樣機，不僅耗時耗力耗錢，而且非常的麻煩。隨著信息時代的到來，計算機進入到我們生產生活的各個方面，研發出各種應用的軟件，ADAMS軟件正是為產品的研發做仿真分析的一款軟件。它針對在計算機上建立的虛擬產品的模型即虛擬樣機進行仿真分析，檢驗產品的設計性能，并對其設計缺陷進行修改。整個過程全部在計算機上實現，大大節省產品開發的費用，縮短了開發周期，提供了開發效率。所以說ADAMS軟件應用產品開發是一種非常有效的設計手段。

二、ADAMS軟件組成

ADAMS軟件使用交互式圖形環境和零件庫、約束庫、力庫，創建完全參數化的機械系統幾何模型，其求解器采用多剛體系統動力學理論中的拉格郎日方程方法，建立系統動力學方程，對虛擬機械系統進行靜力學、運動學和動力學分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。其由基本模塊、擴展模塊、接口模塊、專業領域模塊及工具箱5類模塊組成。

三、ADAMS軟件的應用

ADAMS軟件的應用體現其獨特性，一方面作為虛擬樣機分析的應用軟件功能，另一方面，作為虛擬樣機分析的應用軟件。這樣的雙重身份使其在很多領域內有著重要的應用。

1.在汽車工程中的應用

主要用于汽車產品的開發。對于復雜的車輛動態工況，應用有限元軟件來計算結構的動力學問題是較為困難的，特別是若機構的運動關系存在非線性特性，還要考查結構在運動過程中的應力，則有限元軟件是不能直接處理這類問題的。通過對MSC.Nastran和ADAMS軟件的聯合應用，可以很好地解決這類問題。利用MSC.Nastran生成ADAMS需要的柔性體，在ADAMS中建立整車剛柔混合動力學模型，模擬任何復雜的動態工況，并將動力學計算結果返回到MSC.Nastran中，可以深入研究結構的動力學響應。具體體現在對汽車動力性能、制動性能、操縱穩定性和平順性上研究。例如研究電動代步車的平順性，利用ADAMS和ANSYS兩軟件將車架柔性化并對其運動過程進行仿真分析，表明柔性系統的仿真結果能更真實、準確地反映電動代步車的運動特性，且輸出ADAMS中柔性系統的仿真載荷，在ANSYS中進行應力應變分析，可以為車架提供進一步的改進和優化設計。一種新懸掛式結構座椅，即可調叉式結構座椅，并用ADAMS軟件對其垂向振動特性進行了仿真分析；提出了該座椅進行結構參數優化設計的具體方法。還有汽車的懸架是汽車的主要總成之一，其對操縱穩定性和平順性的影響至關重要。ADAMS/CAR模塊內有懸架運動學動力學分析的專門模板，可以方便地建立各種結構形式的懸架，迅速得出懸架的多達三十多種參數的性能曲線。模型全部采用數字化設計，可方便地對設計參數進行修改和調整以發現其對各種性能參數的影響，優化設計目標，最終為企業提供產品開發的解決方案。

2.在航空航天中的應用

主要用于小型衛星入軌初期動力學與控制仿真、差動式機電緩沖阻尼機構動力學仿真和飛機利落架的研究。例如運用仿真技術分析飛機起落架及全機的動態特性，對于降低飛機研發成本，提高飛機性能具有十分重要的工程意義。基于多體系統動力學理論，在分析某型飛機小車式起落架的結構、運動和受力特點的基礎上，構建該起落架的多體系統動力學模型，推導起落架著陸時各部件的動力學方程及運動學關系。并以ADAMS軟件為分析工具，建立小車式起落架著陸的ADAMS分析模型，深入分析了小車式起落架的有關參數對起落架著陸動力學性能的影響，仿真分析對小車式起落架進行了參數優化設計。最后，建立了由機身、前起落架緩沖支柱、前起落架機輪、主起落架緩沖支柱和主起落架機輪五個子系統構成的整機多體系統動力學模型，導出了全機滑跑的動力學方程組，基于ADAMS/Aircraft模塊進行整機滑跑動力學仿真，研究了不同路面情況對整機滑跑動力學性能的影響，并對仿真結果進行較深入的分析和研究。為小車式起落架及飛機整機的設計和改型提供必要的理論依據。

還可應用CATIA建立了某型飛機起落架的數字樣機和收放運動學分析模型，以此為基礎研究了起落架收放系統的運動學方法，為起落架改型設計中收放運動性能分析、機構運動干涉分析奠定了一定的技術基礎。基于CATIA和ADAMS軟件，開發了一個適用于大型飛機起落架收放動力學性能試驗的虛擬樣機；以某典型型號飛機起落架為對象進行了收放動力學仿真分析，并研究探討了影響起落架收放動力學性能的主要因素及其影響程度，對起落架收放系統設計具有一定的參考價值。分析了起落架在收放運動過程中所受的各項載荷，并根據各載荷影響的大小和仿真的條件對其進行了簡化，利用ADAMS軟件重點分析了氣動阻力、質量力、收放作動筒液壓力對收放運動的影響。

3.在鐵路車輛及裝備的應用

美國MDI公司北京辦事處與鐵道部四方車輛研究所合作，利用虛擬樣機分析軟ADAMS/Rail模塊完成了對幾種鐵路機車車輛動力學仿真。在整個工作中，MDI公司北京辦事處始終為用戶著想，全心全意為用戶服務，幫助用戶在很短時間內掌握并運用ADAMS軟件完成三個項目工作。具體工作如下：在MDI公司的幫助下鐵道部四方車輛研究所派工程師開始應用該軟件。MDI公司在整個過程中派專業工程師一直協作共同完成了項目，并得到了用戶的認可。利用ADAMS/Rail對我國自行設計的高速鐵路鉸接式客車單元（3節車）進行了建模并進行了穩定性臨界速度分析。在該模型中除常規建模外還考慮了客車車體的彈性，將車體分成五塊，每兩塊間利用ADAMS彈性單元連接。利用ADAMS/Rail建立了出口緬甸米軌的三大件式罐車模型。利用該模型進行了穩定性臨界速度、曲線通過性能以及直線響應的分析，取得了滿意的結果。總之利用ADAMS/Rail軟件，工程師不僅可以很方便而且可以快速地建立模型、處理各種約束類型和各種懸掛類型并進行計算分析，還可以得到你所關心的所有信息如：穩定性臨界速度、各物體的位移、速度、加速度、輪/軌作用力（包括橫向、垂向和縱向）、脫軌系數、輪重減載率、接觸幾何參數、蠕滑參數以及響應點的加速度和加速度FFT變換結果以及平穩性指標等。同時還可以利用ADAMS的可視化技術逼真的顯示輪軌接觸關系、各部件的運動關系等等，另外你可以象在真實世界里一樣從各種角度以多種方式來觀察你的設計（虛擬樣機），可以觀察到是否發生輪緣接觸、間隙是否足夠等等。同樣利用ADAMS/Rail建立了標準軌距三大件罐車模型，進行了穩定性臨界速度、曲線通過性能及橫向直線響應的分析，均取得了滿意的計算結果。

4.在工業機械和工程機械方面的應用

ADAMS在機械工業和工程機械中的主要應用于點焊機器人大臂機構動力學仿真，基于虛擬樣機技術的步行機步態軌跡及仿真和雙鋼輪振動壓路機的五自由度動力學模型等方面的方針分析。

四、結束語

ADAMS軟件其強大的組成模塊和功能特點，使其在高科技發展的眾多領域應用廣泛。而且我相信，在今后的應用領域還會更多。ADAMS軟件帶給社會的科技變革是時代進步的必然結果，是信息技術時代的全世界范圍內來臨的體現。其具有廣闊的潛在發展空間，學好和掌握ADAMS軟件的功能和實際應用，是機械產品設計和開發人員必然要掌握的一門技術，更是對想從事此行業的人們必須認清和了解的一門技術手段。

參考文獻

[1]吳鵬飛，楊競，陳兵，尹忠俊，韓天，范云.基于柔性車架的電動代步車仿真分析及研究[J].機電產品開發與創新，2006（05）.

[2]賈小平，邢俊文，李軍，史力晨.用ADAMS對叉式座椅垂向振動的建模仿真[J].車輛與動力技術，2000（03）.

[3]馬玉坤，賈策，欒延龍，胡治國.ADAMS軟件及其在汽車動力學仿真分析中的應用[J].重慶交通學院學報，2004（04）.

[4]洪學玲.基于ADAMS的小車式起落架著陸及全機滑跑動態仿真[D].南京航空航天大學，2008.

[5]陳琳.飛機起落架收放運動與動態性能仿真分析[D].南京航空航天大學，2007.

作者簡介：沐影（1986—），女，吉林四平人，畢業于武漢理工大學機械設計制造及其自動化專業，工學學士，助教，現供職于三峽電力職業學院，研究方向：機械方向。