adams关于钢丝绳的处理方法！！！

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ADAMS软件中绳索类物体的一种建模方法.pdf (236.5 KB, 下载次数: 48)

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摘要　针对ADAMS 软件中绳索类大变形柔性物体直接建模困难的问题,提出并分析了Bushing 连接模型的建模方法,并运用该模型实现了对岸桥集装箱拖令系统单元的虚拟样机分析。

关键词:虚拟样机　柔性物体　Bushing 连接中图分类号:TP39117 　文献标识码:A 　文章编号:1671 —3133 (2004)05 —0038 —02

Modeling flexible rigging in ADAMS soft ware

□Zhou Wei,Yi Jianjun,Zheng Jianrong Abstract 　The Bushing connection modeling is proposed and analyzed for solving modeling flexible rigging in ADAMS software. Virtual prototyping analysis of quayside container towline is realized based on Bushing connection modeling.

Key words :Virtual prototyping 　Flexible object 　Bushing connection

　　国外的虚拟样机的机械系统运动学和动力学仿真分析已经产业化,较有影响的有美国MDI (Mechanical Dynamics inc. ) 公司的ADAMS(Automatic Dynamic Analy2 sis of Mechanical Systems) 软件,美国集成系统公司的仿真集成平台Plug&sim ,CADI 的DADS , 德国航天局的SIMPACK 等,其中ADAMS 软件所占的市场份额最大。ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件,另一方面又是虚拟样机分析的开发工具。国内的一些高等院校和科研机构已引进该软件作为虚拟样机应用与分析的主要软件。目前的ADAMS 软件1210 版本,可对刚性物体和小变形的柔性物体直接建模,而对于大变形的柔性绳索类物体无法直接建模。本文针对此问题提出了绳索类模型的Bushing 连接模型建模方法。

　　一、绳索类物体的建模

虚拟样机的应用分析与分析软件ADAMS 包含以下几个模块:几何建模模块、结构分析模块、驱动元件建模模块、模型分析模块、控制系统设计模块和最优化模块。其中几何建模模块是最基础、最重要的模块。因此虚拟样机的建模问题就成为了虚拟样机应用、分析的基础环节。在ADAMS 软件中,对于刚性物体和小变形物体有相应的模块处理。而对于大变形物体无法实现直接建模。假设将一根绳索细划成若干小段,每一个小段可视为一个刚体,每两个刚体之间用某种形式的连接方式连接在一起,使各个刚体的质心的运动学参数(任意时刻的位移、速度、加速度等) 和物理参数(受力情况、转动惯量等),以及两个刚体间的动力学参数(相对位移、转角、相互间的作用力与反作用力等) 同实际绳索类物体相应位置尽可能做到相似。当每小段的长度和绳索的总长相差很大时,就可以用这个组合模型近似替代绳索类物体模型。为此,对于绳索类大变形物体, 提出Bushing 连接模型的建模方案。在Bushing 连接模型中, 将绳索细化成各小段, 采用ADAMS 软件建模模块中的圆柱模型进行建模(即每小段视为刚体),圆柱间采用Bushing 运动副连接。

Bushing 的轴套力工具是一种施加于两构件相互作用力的方法,通过定义力和力矩6 个分量{ Fx 、Fy 、Fz 、Tx 、Ty 、Tz} 在两构件之间施加一个柔性力。用Bushing 连接方式,每两小段间的受力模型见图1 。

K11 0 0 0 0 0

Fx

Rx

0 K22 0 0 0 0

Fy

Ry

00 K33 0 0 0

Fz

Rz

=

-

000 K44 0 0

Tx

θx

0000 K55 0

Ty

θy

00000 K66

Tz

θz

C11 0 0 0 0 0

Vx

Fx0

0 C22 0 0 0 0

Vy

Fy0

00 C33 0 0 0

Vz

Fz0

+

⋯(1)

000 C44 0 0

Tx0

θx

θ

0000 C55 0

Ty0

y

00000 C66 θz

Tz0

式中,F 、T 分别表示力和力矩;R 、θ、V 、θ�分别表示

现代制造工程2004 (5)

9 K0 F, z% k. K; J2 o" s* j

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i,j 标记之间的相对位移、转角、速度、角速度;K 、C 分别表示刚性和阻尼系数;下标x 、y 、z 分别表示X 、Y、Z 方向;下标x0 、y0 、z0 分别表示X 、Y、Z 方向的初始值。

轴套力的反作用力按式(2) 、(3) 计算。

Fj =-Fi , ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)

Tj =-Ti -δFi ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)

从轴套力的计算公式可以看出, 施加于构件间的柔性力大小是同构件间的相对位移、转角、速度、角速度密切相关的,只需控制其中的刚性系数和阻尼系数, 使绳索模型的变形、振动等物理性能、动力学性能同现实中绳索性能相吻合。

　　二、应用实例

岸桥集装箱拖令系统通常由固定装置、牵引装置、拖令小车、拖令轨道、相邻拖令小车之间的连接装置(钢丝绳、缓冲器橡皮绳、小车电缆) 等组成。本文选取岸桥集装箱拖令系统的三个单元(四辆小车与三段小车间的连接装置) 作为分析对象,并对此模型做了简化处理,将拖令小车、拖令轨道和拖令小车之间的连接装置作为实验对象。橡皮绳、钢丝绳和电缆由拖令小车牵引(见图2) 。其中小车间的三根绳索由上至下分别为橡皮绳、钢丝绳和电缆。拖令小车间的连接装置采用上面阐述的Bushing 连接模型建模。橡皮绳、钢丝绳和电缆三者的轴套力计算公式中的K, C 可分别根据相应材料进行设定。

1 J6 B. S% D5 _- U0 }

仿真条件:最右端小车为动力小车,其余小车均由动力小车牵引。拖令小车间相距1000mm , 右端小车在0 到1s 内以加速度前 进, 达到2000mm/ s 之后匀速运动。橡皮绳直径<17mm , 长度为419m 。钢丝绳直径为<14mm , 长度为619m 。电缆外形直径为<14mm , 长度为910m 。

6 k/ j$ t5 i6 F. B. n* p

图2 给出了岸桥集装箱拖令小车系统的虚拟样机模型仿真运动过程中的三个运动状态。由图2 可看出采用Bushing 连接模

型绳索的形态和实际图2 　拖令单元运行过程图状态相吻合。

现代制造工程2004 (5)

　CAD/ CAPP/ CAM/ CAE 　

各个小车的速度曲线如图3 所示。图中PAR-1 , PAR-2 ,PAR-3 ,PAR-4 分别为图2 中由右至左的四辆小车的标识,图中横坐标为时间值,单位为s, 纵坐标为速度值,单位为mm/ s 。从四辆拖令小车的速度曲线可以看出,动力小车速度在刚开始启动时非线性增大,当达到预定恒值之后, 呈恒速前进。而其后小车的启动相隔一定的时间,受到拉伸作用和摩擦力作用呈变速前进(除恒速小车) 。

图3 　四辆小车的速度曲线

由此实验结果可看出采用Bushing 连接模型对绳索类物体建模和虚拟样机分析。由图3 可看出在运行时间持续15s 左、右时,小车车速出现明显波动,与实际情况相符。说明Bushing 连接方式是一种可行的绳索类物体的建模方法。

　　三、结论

虚拟样机是一门新兴的技术,它有着广阔的发展前景,加速了新技术向产品转化的开发、研制和使用过程。虚拟样机的建模问题是虚拟样机应用与分析的基础环节。在ADAMS 软件中,对于刚性物体和小变形的柔性物体的建模分析很容易实现,而对于大变形的柔性物体建模与分析有一定的难度。本文分析并提出了Bushing 连接模型的建模方法。最后对拖令系统中的绳索类柔性物体采用了Bushing 连接模型的建模方法进行试验分析。

参　考　文　献

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' ~+ K  S5 N. y- P# W& \

1 　Zahed Siddique ,David W Rosen. A virtual prototyping approach to product disassembly reasoning. Computer2Aided Design , 1997 , 29

(12) 2 　熊光楞,李伯虎,柴旭光. 虚拟样机技术. 系统仿真学报, 2001 ,13 (1) 3 　李瑞涛,方湄,张文明. 虚拟样机技术的概念及应用. 机电一体化,2000 ,5

4 　郑建荣.ADAMS —虚拟样机技术入门与提高. 北京:机械工业出版社,2002

作者通讯地址:华东理工大学机械学院(上海200237)

收稿日期:20031229

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