第7講參數(shù)化建模和仿真分析2013

虛擬樣機(jī)參數(shù)化建模和仿真分析虛擬樣機(jī)技術(shù)及其應(yīng)用--62023/2/126.1、參數(shù)化建模與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

對(duì)需要重復(fù)建模和仿真的場(chǎng)合，運(yùn)用參數(shù)化建模和分析功能可大大地提高分析效率方法：確定影響樣機(jī)性能的關(guān)鍵輸入值，然后對(duì)這些輸入值進(jìn)行參數(shù)化處理

2023/2/136.1、參數(shù)化建模與設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

ADAMS/View提供了4種參數(shù)化方法

使用參數(shù)表達(dá)式（函數(shù)）

參數(shù)化點(diǎn)坐標(biāo)

運(yùn)動(dòng)參數(shù)化

使用設(shè)計(jì)變量

ADAMS/View提供了3種類型的參數(shù)化分析過(guò)程：

設(shè)計(jì)研究（Designstudy）

試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DesignofExperiments，DOE）

優(yōu)化分析（Optimization）

2023/2/146.2、ADAMS/View函數(shù)

兩種類型的函數(shù)：設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)（Design-timefunctions）運(yùn)行過(guò)程函數(shù)（Run-timefunctions）設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)：用于在優(yōu)化和敏感性研究中構(gòu)造參數(shù)化的樣機(jī)模型僅在樣機(jī)的建模設(shè)計(jì)階段才計(jì)算設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)的值數(shù)學(xué)函數(shù)、位置和方向函數(shù)、模型函數(shù)、數(shù)組和矩陣函數(shù)、字符串函數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)等6.2、ADAMS/View函數(shù)

運(yùn)行過(guò)程函數(shù)用于定義仿真狀態(tài)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，可以影響樣機(jī)在仿真過(guò)程中的表現(xiàn)ADAMS僅在仿真分析過(guò)程中更新運(yùn)行過(guò)程函數(shù)值包括：位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、作用力函數(shù)、產(chǎn)生力函數(shù)、數(shù)學(xué)函數(shù)、數(shù)據(jù)單元存取、用戶自編子程序調(diào)用、參數(shù)和變量等2023/2/152023/2/166.2.2構(gòu)造函數(shù)對(duì)話框-1構(gòu)造函數(shù)類型獲得系統(tǒng)支持的函數(shù)的幫助定義函數(shù)區(qū)函數(shù)目錄系統(tǒng)支持的函數(shù)列表函數(shù)格式提示運(yùn)算符屬性計(jì)算函數(shù)值設(shè)置繪圖限制繪制函數(shù)圖獲得預(yù)先定義的數(shù)據(jù)2023/2/17構(gòu)造函數(shù)對(duì)話框-2有幾種不同的進(jìn)入構(gòu)造函數(shù)對(duì)話框的方法分為表達(dá)式和運(yùn)行過(guò)程函數(shù)兩種工作方式

表達(dá)式工作方式

:在需要生成表達(dá)式的各種場(chǎng)合進(jìn)入構(gòu)造函數(shù)對(duì)話框，程序顯示的是表達(dá)式工作方式

從文本輸入框進(jìn)入構(gòu)造表達(dá)式對(duì)話框

構(gòu)造設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)(Build菜單--Function)

產(chǎn)生或修改要計(jì)算的測(cè)量

(Build菜單--選擇Measure

運(yùn)行過(guò)程函數(shù)工作方式：文本輸入框進(jìn)入

產(chǎn)生或修改函數(shù)測(cè)量

2023/2/186.2.3構(gòu)造函數(shù)--

表達(dá)式語(yǔ)法

數(shù)據(jù)類型

:整數(shù)（Integer）,實(shí)數(shù)（Real）,字符串（String）,數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象（Object），

矩陣（Matrix）

操作數(shù)

:常數(shù)、符號(hào)常數(shù)、函數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象及其分量

訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù):

用戶可以訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，從中查找需要的數(shù)據(jù)，再利用這些數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)生成新的數(shù)據(jù)。例如：根據(jù)一個(gè)構(gòu)件的體積去計(jì)算另一個(gè)構(gòu)件的體積；根據(jù)兩坐標(biāo)系的位置，計(jì)算連接的方向；根據(jù)對(duì)象的名稱，獲得下一層新對(duì)象的名稱等運(yùn)算符:算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn)算符、邏輯運(yùn)算符字符串/矩陣的連接運(yùn)算符

2023/2/19表達(dá)式語(yǔ)法符號(hào)常數(shù)值符號(hào)常數(shù)值TRUE/YES/ON1SIN45sin(π/4)=0.0137FALSE/NO/OFF0SQRT2

PIπ=3.1415RTOD(180/π)=57.2974HALF_PIπ/2=1.5707DTOR(π/180)=0.0174THREE_HALVES_PI(3π)/2=4.7122VERSION9.0TWO_PI2π=6.283NONE0或空TIME當(dāng)前的仿真分析時(shí)間MODE表示當(dāng)前分析類型的整數(shù)表10-1ADAMS/View的符號(hào)常數(shù)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)采用根路徑表示對(duì)象時(shí)，對(duì)象名稱用點(diǎn)“.”開(kāi)頭，例如：

.some_model.some_part.mass：構(gòu)件some_part的質(zhì)量，實(shí)數(shù)

.model_1.title：樣機(jī)model_1的標(biāo)題，字符串

.model_1.circle_1.sides：圓環(huán)circle_1邊的數(shù)量，整數(shù)

.model_1.part_1.location：構(gòu)件part_1位置的三維數(shù)組。

2023/2/110設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)

有兩類設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)：一種是用戶自定義的函數(shù)，其中包括解釋函數(shù)和編譯函數(shù)。另一種是ADAMS/View程序提供的函數(shù)用戶自定義的解釋函數(shù)由若干插入了表達(dá)式的文字語(yǔ)句組成，可以在ADAMS的命令窗口產(chǎn)生使用解釋函數(shù)時(shí)，ADAMS將用戶的參數(shù)代入對(duì)應(yīng)參數(shù)名稱所在的函數(shù)語(yǔ)句中用戶自定義的編譯函數(shù)

用C或Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)，然后通過(guò)編譯同ADAMS/View連接系統(tǒng)提供的函數(shù)ADAMS/View提供了二百多個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)2023/2/111設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)

數(shù)學(xué)函數(shù)（MathFunction）位置和方向函數(shù)（Location/OrientationFunction）LOC_ALONG_LINE（O1,O2,D）返回一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，該點(diǎn)在點(diǎn)O1與O2的連線上，且與點(diǎn)O1的距離為D建模函數(shù)（ModelingFunctionsDM（O1,O2） 返回點(diǎn)O1與點(diǎn)O2之間的距離矩陣/數(shù)阻函數(shù)（Matrix/ArrayFunction）字符串函數(shù)（StringFunction）數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)（DatabaseFunctions）數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)組（DatabaseFunctionsGroup）系統(tǒng)函數(shù)組（SystemFunctionsGroup）2023/2/112運(yùn)行過(guò)程函數(shù)

位移函數(shù)（DisplacementFunctions）、速度函數(shù)（VelocityFunctions）、加速度函數(shù)（AccelerationFunctions）、接觸函數(shù)（ContactFunctions）、樣條函數(shù)（SplineFunctions）、對(duì)象函數(shù)中使用的力（ForceinObjectFunctions）運(yùn)行過(guò)程函數(shù)

合力函數(shù)（ResultantForceFunctions）、數(shù)學(xué)函數(shù)（MathFunctions）、數(shù)據(jù)單元存?。―ataElementAccess）、用戶自編子程序調(diào)用（User-WrittenSubroutineInvocation）、參數(shù)和變量（Constants&Variables）等

2023/2/1132023/2/1146.3、使用參數(shù)表達(dá)式

ADAMS/View的表達(dá)式總是置于前后兩個(gè)圓括號(hào)之中，表達(dá)式中可以包括：

常數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)運(yùn)算符和數(shù)學(xué)函數(shù)操作數(shù)ADAMS/View定義的設(shè)計(jì)過(guò)程函數(shù)樣機(jī)模型中的其他參考對(duì)象，例如：以上舉例的part_1構(gòu)件的質(zhì)量（.model_1.part_1.mass）等數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用表達(dá)式：直接在有關(guān)參數(shù)的文本輸入框中輸入，或利用ADAMS/View提供的函數(shù)構(gòu)造對(duì)話框輸入彈出式菜單中選擇Parameterize項(xiàng)，再選擇ExpressionBuilder命令2023/2/115使用參數(shù)表達(dá)式

活塞力F=1000，方向與滑塊運(yùn)動(dòng)的方向相反F=SIGN(10000，-VX(.pistonpump.piston.MAR_4))風(fēng)載荷的計(jì)算公式：P=C×q×F，方向F=SIGN(1.3*DV_1*DV_4,DV_5)式中：DV_1為迎風(fēng)面積F,DV_4為計(jì)算風(fēng)壓q，系數(shù)C=1.3DV_5為方向控制參數(shù)空氣彈簧作用力F=-1373×168/(168-x)F=-1373*168/(168-dx(PART11.cm))2023/2/116使用參數(shù)表達(dá)式模擬大車從靜止開(kāi)始作勻加速運(yùn)動(dòng)，9秒后到達(dá)額定速度37.9米/分鐘大車輪施加如下的角速度ω驅(qū)動(dòng)函數(shù)：采用IF表達(dá)式：IF（表達(dá)式1，表達(dá)式2，表達(dá)式3，表達(dá)式4）ω=IF(time-9:12d*time,108d,108d)。意義：仿真開(kāi)始到9秒，作勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)，加速度12度/秒2；9秒時(shí)，大車輪角速度108度/秒（即大車的額定速度37.9米/分鐘），之后就一直保持此速度作勻速直線運(yùn)動(dòng)。ωtime2023/2/117對(duì)樣機(jī)幾何形體進(jìn)行參數(shù)化處理的最簡(jiǎn)單方法是對(duì)特殊點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化處理

根據(jù)樣機(jī)幾何結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，設(shè)置若干點(diǎn)然后利用這些點(diǎn)產(chǎn)生一些新的構(gòu)件，或者將已有的構(gòu)件同新建立的點(diǎn)關(guān)聯(lián)。當(dāng)這些特殊點(diǎn)的位置改變時(shí)，與其相關(guān)聯(lián)的幾何形體也將自動(dòng)更新。如果將點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行參數(shù)化處理，則可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)樣機(jī)幾何形體的參數(shù)化建模。6.4、參數(shù)化點(diǎn)坐標(biāo)

2023/2/118參數(shù)化坐標(biāo)點(diǎn)參數(shù)化結(jié)構(gòu)→參數(shù)化A、B、C點(diǎn)2023/2/119利用表格編輯器參數(shù)化點(diǎn)坐標(biāo)

2023/2/120使用設(shè)計(jì)變量

設(shè)計(jì)變量是一種非常有用的參數(shù)化分析工具，可以用設(shè)計(jì)變量定義用戶自己的自變量參數(shù)，并將設(shè)計(jì)變量同仿真對(duì)象相關(guān)聯(lián)。產(chǎn)生設(shè)計(jì)變量使用產(chǎn)生設(shè)計(jì)變量對(duì)話框，使用彈出式菜單中的CreateDesignVariable命令。將點(diǎn)定義為設(shè)計(jì)變量舉例虛擬樣機(jī)參數(shù)化仿真分析

2023/2/1226.5、參數(shù)化分析簡(jiǎn)介ADAMS/View提供了3種類型的參數(shù)化分析方法設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化分析設(shè)計(jì)研究（Designstudy）

研究某個(gè)設(shè)計(jì)變量發(fā)生變化，或者取不同的值，樣機(jī)的性能將會(huì)發(fā)生怎樣的變化對(duì)某個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)在一定范圍內(nèi)取若干值，然后自動(dòng)地進(jìn)行一系列的仿真分析可以獲得以下的分析結(jié)果：樣機(jī)有關(guān)性能可能的變化范圍樣機(jī)有關(guān)性能的變化對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)變化的敏感程度在一定的分析范圍內(nèi)，最佳的設(shè)計(jì)參數(shù)值2023/2/123參數(shù)化分析--試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DesignofExperiments，DOE）多個(gè)設(shè)計(jì)變量同時(shí)發(fā)生變化試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)包括規(guī)劃試驗(yàn)過(guò)程（因素、水平）和試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析等試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法提供了規(guī)劃和分析一系列試驗(yàn)的工具，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本步驟如下：確定試驗(yàn)的目的。例如，確定哪個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)樣機(jī)性能有最大的影響為待試驗(yàn)的樣機(jī)選擇一套參數(shù)（又稱為因素），并確定測(cè)量有關(guān)系統(tǒng)響應(yīng)的方法為每一個(gè)參數(shù)選擇一套參數(shù)值（又稱為水平）采用不同的參數(shù)值組合，設(shè)計(jì)一套試驗(yàn)過(guò)程或步驟2023/2/124參數(shù)化分析---優(yōu)化分析優(yōu)化分析在滿足各種設(shè)計(jì)條件和在指定的變量變化范圍內(nèi)，通過(guò)自動(dòng)地選擇設(shè)計(jì)變量，由分析程序求取目標(biāo)函數(shù)的最大值或最小值目標(biāo)函數(shù)是數(shù)值表達(dá)式，可以表示質(zhì)量、效率、總的材料成本、運(yùn)行時(shí)間、所需的能量、樣機(jī)的穩(wěn)定性等設(shè)計(jì)變量可以是構(gòu)件的幾何尺寸、力的大小、構(gòu)件的質(zhì)量等在優(yōu)化分析過(guò)程中，程序能自動(dòng)地調(diào)整設(shè)計(jì)變量，以獲得最大或最小的目標(biāo)函數(shù)值2023/2/1256.6、參數(shù)化分析準(zhǔn)備工作控制變量的變化值及其范圍有3種定義設(shè)計(jì)變量范圍的方法：（例：變量值為5，實(shí)際變化范圍是從4到6）絕對(duì)變化范圍：從4到6相對(duì)變化范圍：從-1到+1用百分?jǐn)?shù)表示：從-20到+20有兩種控制變量變化的方法：修改設(shè)計(jì)變量對(duì)話框、表格編輯器2023/2/1266.6、參數(shù)化分析準(zhǔn)備工作測(cè)量目標(biāo)對(duì)象的性能確定目標(biāo)使用測(cè)量（首選）使用目標(biāo)對(duì)象：使用目標(biāo)來(lái)定義對(duì)象的優(yōu)點(diǎn)是可以定義多個(gè)目標(biāo)，而測(cè)量?jī)H可以定義一個(gè)目標(biāo)某個(gè)測(cè)量的最大值、最小值、平均值或最后一次運(yùn)算的值一組測(cè)量分量的最大值、最小值、平均值或最后一次運(yùn)算的值A(chǔ)DAMS/View函數(shù)ADAMS/View變量和宏2023/2/127產(chǎn)生設(shè)計(jì)目標(biāo)圖11-1產(chǎn)生設(shè)計(jì)目標(biāo)對(duì)話框2023/2/128參數(shù)化分析準(zhǔn)備工作設(shè)置約束對(duì)象來(lái)限制優(yōu)化分析的范圍使得優(yōu)化分析在設(shè)置的約束范圍內(nèi)獲得最佳結(jié)果產(chǎn)生仿真分析劇本有三種類型的仿真分析劇本：簡(jiǎn)單運(yùn)行劇本、ADAMS/View劇本和ADAMS/Solve劇本ADAMS/View劇本包含一個(gè)或多個(gè)ADAMS/View仿真命令詳見(jiàn)8.3.3節(jié)“按劇本進(jìn)行仿真分析和試驗(yàn)”確保分析結(jié)果正確（造成意外主要原因如下）：

ADAMS/Solver采用的容許計(jì)算偏差過(guò)大計(jì)算的輸出步長(zhǎng)太大仿真分析過(guò)早結(jié)束2023/2/1296.7、運(yùn)行參數(shù)化分析開(kāi)始設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)菜單→Simulate→DesignEvaluation→DesignStudy,DOE,Optimize完成設(shè)計(jì)研究完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)完成優(yōu)化分析2023/2/1306.7、運(yùn)行參數(shù)化分析開(kāi)始設(shè)計(jì)研究、試驗(yàn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)菜單→Simulate→DesignEvaluation→DesignStudy,DOE,Optimize完成設(shè)計(jì)研究完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)完成優(yōu)化分析2023/2/131保存參數(shù)化分析結(jié)果在設(shè)置對(duì)話框選擇自動(dòng)地永久保存所有的參數(shù)化結(jié)果，注意！