Adams/Vibration振动模块使用技巧

前言

Adams/Vibration是Adams的振动分析模块，可以使用该模块研究模型的模态分析及受迫振动，同样，也可以将振动分析结果应用到汽车、火车、飞机的噪声、振动、NVH研究中。

模态分析可以用于计算模型的特征值及特征向量，分析模型的固有频率确定模型的基本动力特性等。模态分析可以应用到很多方面，例如你可以分析汽车车门上不同钣金的固有频率，若各钣金之间的频率相近，则会带来共振风险，引起车门异响，为客户带来不舒适的体验。所以在进行钣金设计时，需要绘制各钣金频率带图，以规避不同钣金间的频率。

频率响应分析用于得到在正弦波激励下的稳态响应，载荷形式为正弦波，而频率、幅值、相位均由用户指定。ADAMS支持多个激励，同样，也可以输出多个位置的响应情况。

本文先简单介绍Vibration模块的使用步骤，之后选择两个实例（变速器齿轮Gear、卫星试验台Satellite）进行详细介绍并结合ADAMS振动理论，通过实例操作，更好的理解ADAMS振动模块。

一、Vibration模块使用流程

①打开Vibration

Tools-Plugin Manager-Load-Adams/Vibration

②操作步骤

Step1:Build

添加振动输入通道（input channels）、振动执行器（vibration actuators）、输出通道（output channels）

step2:Test

定义输入范围并运行振动分析模型，以获得自由响应（无外力）和受迫响应（特定激励力）结果

step3:Review

对于自由响应来说，主要观察模态振型和瞬态响应，对于受迫响应来说，主要观察响应动画、传递函数、频率响应函数以及模态参与因子

二、变速器齿轮分析

1、模型建模

根据模型的实际运动规律，完成模型建模。变速箱齿轮系统中，主要为各个齿轮添加旋转副，齿轮和齿轮轴之间添加固定副约束，传递齿轮之间建立齿轮副，各个齿轮之间创建接触力。

2、创建输入通道

Vibration-Build-Input Channels-New

选择激励方式为Force，input Marker 中单击右键，选择 Marker-Browse，选择右侧齿轮质心点，并 单 击 OK。选择Rotational项，为齿轮轴施加一个扭矩。在Torque Axis中选择 Global 和Y项（注意力的方向）。将激励的参数项设置为Swept Sine，在 Phase Angle中输入0，在 Force Magnitude中输入100，单击OK完成输入通道。

感悟：

①输入通道可以用于绘制频率响应曲线、使用振动执行器激励你的振动模型，可以理解为是激发器。

②Force-type输入通道类型是在指定的Marker点处施加作用力，Kinematic输入通道类型是在Marker点处以位移、速度、加速度的模式输入。

③振动执行器(Actuator Parameters)分为正弦波、旋转质量、PSD激励、自定义四种。

④创建好的通道在模型树中，可以直接右键进行编辑。

3、创建输出通道

Vibration-Build-Output Channels-New

在 Output Channel Name中输入通道名称，输出函数类型为Predefine，在Output Marker中单击右建选择Marker-Browse，选择想要观测的点，并单击 OK。再将Global Component 选择为 Displacement项，将位移方向设置为Z，单击 OK 完成输出通道的创建。

感悟：

①输出通道是系统用于观察频率响应的输出接口，可以将输出通道视作测量接口，用来测量系统的响应，并直接在频域显示结果。

4、创建分析

Vibration-Test-Vibration analysis

在New Vibration Analysis中输入你的分析名称，Operating Point设为Assembly，在选择Forced Vibration Analysis和Damping，之后在Input Channels中选择你的输入条件，Output Channels中选择输出内容，Logarithmic Spacing of Steps中设置扫频范围，开始频率Begin设为0.1，结束频率End设置为2000，步长Steps设置为400，单击OK后则开始计算。

5、后处理分析

①查看频响函数、传递函数、PSD曲线

将Source设为Frequency Response，并选择输入通道与输出通道，便可绘制相应的频率响应函数。

将Source设为Transfer Function及PSD便可绘制传递函数曲线及PSD曲线。

②查看模态动画

在后处理中选择Anamiation，在动画区单击鼠标右键，选择Load Vibration Anamination，之后点击Normal Mode Anamiation，可查看各阶模态振型

三、卫星试验台

卫星试验台模型是ADAMS振动经典模型之一，通过在卫星转接器上（黄色圆柱部分）施加正交的x，y向单位力，以及y向重力加速度（输入通道），并选取电测电池板的x、y、z向位移、速度、加速度，从而来观察两侧电池板的振动情况，并输出频率响应曲线。

1、模型建模

根据模型实际运动情况进行运动副的创建，同时卫星转换器和试验台之间建立3个阻尼，太空舱和卫星接收器之间建立3个阻尼，电池板和太空舱之间建立2个卷曲弹簧。

2、创建输入通道

输入通道的具体步骤上文已经介绍，在此就不多余介绍了。输入通道1：payload_adapter的reference_point点施加x方向位移，幅值为1；输入通道2：payload_adapter的reference_point点施加y方向位移，幅值为1；输入通道3：payload_adapter的reference_point点施加y方向加速度，幅值为9806.65。

3、创建输出通道

输出通道主要是为了观察模型的振动情况而选取的观测点。

根据下表，依次创建输出通道。

4、创建分析

在输入通道处选择一个通道，或者可以全选，来建立多个激励作用。在输出通道处选择所有的输出条件，计算开始频率为0.1，结束频率为1000，步长设为400，点击OK开始计算。

5、后处理结果

①查看特征值

Vibration-Review-Display Eigenvalue Table

Mode number：模态序号

Undamped natural Frequency： 固有频率

Damping Ratio：阻尼比，阻尼比等于实部除以固有频率的绝对值。阻尼比=1为临界阻尼，<1为欠阻尼状态。

Real：实部，实部小于0，证明系统是稳定的，若发生不稳定情况，软件会自动标黄

Imaginary：虚部

②查看模态激励情况

Vibration-Review-Display Modal Info Table

这个表格展示了在给定的特定激励下，不同频率下各模态的响应情况。

③后处理查看系统模态

按F8进入后处理模块，将数据源Source设置为System Modes，在Eigen选择当前模态，便可以观察到每个特征值点对应的实部与虚部及其相应的频率

④查看模态参与因子

将 Source设为Modal Partcipation，并选择相应的激励和模态，就可以查看某阶模态对输出贡献量的曲线。

⑤查看频响函数曲线

小结：

Adams/Vibration振动模块比较适合刚柔耦合模型、含柔性连接Flexible Connections（阻尼、弹簧、梁等）的模型，其操作步骤比较简单，除了基础建模部分以外，有三个关键步骤：①建立输入通道为系统设立激励条件，②建立输出通道作为观测点，③建立分析条件与扫频范围。掌握以上三个步骤，就可以轻松实现ADAMS振动分析了。

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