Adams仿真技巧：断开连接的高效策略

1.概述

Adams在进行系统的仿真分析过程中，存在动态过程中某些运动副失效与激活的情况。例如，在做四连杆系统的动力学分析时（如下图1所示），在特定的条件下（红圈内的转动副所受合力大于等于13N）将转动副进行失效处理，同时继续进行接下来的仿真分析。本文针对该类运动中失效连接的情况，介绍了应用Adams软件实现该功能的方法。文中讲述了两种方法，分别是基于传感器结合仿真脚本的方法以及传感器结合SENVAL函数的方法。

图1  四连杆机构的动力学分析

2.传感器结合仿真脚本

该方法采用理想的运动副进行物体约束，应用传感器感知图1中红圈转动副的所受的合力Fm。检测运动副受力的函数包括JOINT函数、FIELD函数等，本传感器检测该受力采用JOINT函数，具体的函数表达式如下：JOINT(JOI1, 0, 1, 0)。本函数的表达式的定义方式如下图2所示:

图2 运动副合力公式的定义

定义的传感器如下图3所示。包括了传感器的函数表达式定义、阈值的定义、容差定义以及接下来的动作定义。由于该方法需要应用脚本的仿真方式进行仿真，同时需要在脚本中应用ACF命令文件进行运动副的失效定义和传感器的失效定义，如下图4所示。

图3  传感器定义  

图4 脚本定义

最后应用脚本仿真的方式，进行上述脚本SIM_SCRIPT_1的仿真。当传感器SEN1检测到JOI1的合力大于等于13N时，终止当前仿真，失效JOI1以及传感器SEN1，进行接下来的仿真。

使用传感器结合脚本的方法，可以通过脚本的功能方便地实现复杂的工况的定义，例如改变驱动函数、改变部件质量以及其它力与约束的失效与激活。通过该方法实现上述连接的断开，该方法在Adams的高级用户中应用较为普遍，但该方法存在一定的弊端。第一，需要创建脚本；第二，多约束的失效应用较为复杂；第三，进行约束的反复失效与激活十分复杂。

3.传感器结合SENVAL函数

针对传感器结合脚本的方法中的弊端，本文提出第二种方法，即传感器结合SENVAL函数的方法。该种方法的建模相对于第一种方法有一定的差异，需要应用GFORCE代替约束

定义GFORCE中类似于衬套力的函数（考虑刚度和阻尼，例如：-1e6*DX(I_marker,J_marker)-1e5*VX(I_marker,J_marker)）来定义不同的约束，这样保证了系统的运动与运动副的方式一致。

具体的建模方法如图5所示。

图5 GFORCE定义

通过该方式建立的传感器与上一种方法略有不同，由于要对失效的GFORCE进行与传感器的关联，故需要对传感器进行赋值，具体如下图6所示。同时需要对要失效的GFORCE进行函数表达式的更改，在GFORCE原函数后面进行(1-SENVAL(SEN1))的相乘。

SENVAL为提取传感器事件评估中的函数表达式或子程序的数值函数，具体如下图7所示，当传感器没有达到边界条件(JOI1_GFORCE_GFORCE的力等于13N)时，SENVAL(SEN1)的数值为初始值0，当达到边界条件后，SENVAL(SEN1)的结果为定义的表达式的数值1。

图6 传感器定义  

图7 预失效GFORCE的函数修改

定义好上述传感器以及函数后，既可以应用交互式的方式或者简单的脚本方式进行仿真分析。该方法的仿真结果与第一种方法的结果一致，下图8红色和蓝色曲线分别为follower杆在JOINT连接和GFORCE连接下的质心x、y运动。

图8 follower杆质心的运动

4.备注

对于motion运动驱动的模型，在起始位置，有时会出现连接点的力过大的情况，从而迷惑传感器产生异常的运动，针对该情况，可以在SENSOR的函数表达式后面乘以STEP(time,0,0,1e-3,1)函数，避免该问题的发生。

JOINT模型文件：

break_connection_with_JOINT

GFORCE模型文件：

break_connection_with_GFORCE

（导入模型前去掉扩展名txt。）

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