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ADAMS在机械系统仿真技术教学中的应用 1引言 机械类专业在我国是一个历史长，开设院校众多的专业，如何办出专业特色，进而形成自己的优势，是一个需要不断探索和研究的课题。武汉科技学院机械类专业以数字化纺织设备实验室为依托，逐渐在纺织设备的教学科研中办出了自己的特色。众所周知，各类纺织设备中所包含的机构种类繁多，而且日趋精密。要学生在一定的学时内认识这些机构已然困难，更谈不上分析和掌握它们。因此，教给学生一种系统的分析和设计工具就显得尤为重要和迫切。随着计算机软硬件的发展和普及，机械类计算机仿真技术这门课程就应运而生。在帮助学生总结基础理论的同时引导学生将不同工程领域的开发模型结合在一起，使学生在物理样机生产出来之前就可进行有效的、可验证的设计工作，从而提高了对各类纺织设备的认知、分析和开发的技能。如此才有可能达到培养出基础知识扎实，创新能力和实践动手能力强的新世纪合格高素质人才的目的。 机械专业既是一个传统的专业，又是一个不断融合新技术、不断创新的专业。随着科技的发展，计算机仿真技术越来越广泛地应用在各个领域。目前，国际上许多高校纷纷开设了机械类仿真课程。就国内高校而言，所讲授的计算机仿真技术课程和所使用的教材基本上是面向电子类和控制类学科的，只有少数重点高校逐渐开设了机械类仿真课程。与高校开设此类课程较少的现象炯然不同的是，各种成熟的针对机械系统仿真的商业软件不断涌现，与之对应的应用书籍也是种类繁多。及其原因，是因为机械系统仿真技术课程内容较为抽象、涉及的数学基础较多、学生不易掌握、授课难度较大。因此，本文将ADAMS仿真软件引入到机械类计算机仿真技术课程教学，介绍了机械系统动态仿真所需要的基础理论，以及ADAMS软件算法基本理论及功能模块，最后通过例子加以说明如何在ADAMS软件中建立机械系统模型并进行仿真和结果输出。 2机械系统动态仿真基础理论 机械系统动力学分析与仿真是随着计算机技术的发展而不断成熟的，多体系统动力学是其理论基础。多体 系统是指由多个物体通过运动副连接的复杂机械系统。多体系统动力学的根本目的是应用计算机技术进行复杂机械系统的动力学分析与仿真。多刚体系统动力学是基于经典力学理论的，多体系统中最简单的情况——自由质点和一般简单的情况——少数多个刚体，是经典力学的研究内容。多刚体系统动力学就是为多个刚体组成的复杂系统的运动学和动力学分析建立适宜于计算机程序求解的数学模型，并寻求高效、稳定的数值求解方法。 二十世纪六十年代至七十年代，美国的R.E.罗伯森、T.R凯恩，联邦德国J维登博格，前苏联的E.H.波波 夫等人先后提出了各自的方法来解决复杂系统的动力学问题，于是，将古典的刚体力学，分析力学与现代的电子计算机技术相结合的力学分支—多刚体系统动力学便诞生了。多刚体系统动力学中有以下几种研究方法： （1）牛顿—欧拉方程法：对作为隔离体的单刚体写出牛顿一欧拉方程时，未知变量的数目较多，德国学 者Schiehlen在这方面作了大量工作，将不独立的笛卡儿坐标变成独立变量，对完整约束系统用Alembert原理消除约束反力，对非完整约束系统用Jourdain原理消除约束反力，最后得到与系统自由度数相等的动力学方程数。 （2）拉格朗日方程法：由于多刚体系统的复杂性，采用系统独立的拉各朗日坐标十分困难，而采用不独 立的笛卡儿广义坐标比较方便。Chance等人应用吉尔Gear的刚性积分算法并采用稀疏矩阵技术提高计算效率，编制了ADAMS程序；Haug等人研究了广义坐标分类、奇异值分解等算法，编制了DADS程序. （3）R-W法：R.E.Roberson和J.wittenburg创造性的将图论引入多刚体系统动力学，利用其中的一些基 本概念和数学工具成功描述了系统内各刚体之间的联系，即系统的结构。R-W法以优美的风格处理了树结构的多刚体系统，并给出了统一的数学模式，推导了系统的运动微分方程，相应的程序有MESAVERDE。 （4）凯恩法：R-W法提出了解决多刚体系统动力学统一公式；而凯恩法提供了分析复杂机械系统动力学性能的统一方法，这种方法不用动力学函数，无需求导计算，只需进行矢量点积、叉积等计算，节省时间。 （5）变分法：在经典力学中，变分原理只是力学规律的概括，但借助了计算机，变分法可以不必建立动力学方程而直接数值求解。变分法特别适用于工业机器人动力学，有利于结合控制系统的优化进行综合分析。多体系统动力学的产生极大地改变了传统机构动力学分析的面貌，使工程师从传统的手工计算中解放了出来，只需根据实际情况建立合适的模型，就可由计算机自动求解，并可提供丰富的结果分析和利用手段；对于原来不可能求解或求解极为困难的大型复杂问题，现可利用计算机的强大计算功能顺利求解；而且现在的动力学分析软件提供了与其它工程辅助设计或分析软件的强大接口功能，