基于Adams軟件的滑輪——繩索類物體的模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于Adams軟件的滑輪一一繩索類物體的模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]美國(guó)MSC公司的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力仿真分析軟件Adams (Automatic Dynamic Analysisof Mechanical Systems，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析)是集成建模、求解，可視化技術(shù)一體的運(yùn)動(dòng)仿真軟件，是當(dāng)前世界上使用范圍最廣、最負(fù)盛名的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真分析平臺(tái)。隨著虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展，Adams已成功應(yīng)用于航空航天、汽車工程、鐵路車輛、工業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械等領(lǐng)域。Adams是以計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，包含多個(gè)專業(yè)模塊和專業(yè)領(lǐng)域的虛擬樣機(jī)開發(fā)系統(tǒng)軟件，利用它可以建立起復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，其模型可以是剛性體、也可以是柔性體，以及剛?cè)峄旌夏Ｐ汀?br>[0003]滑輪一一繩索機(jī)構(gòu)通常在機(jī)械系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，用于傳遞力和位移。在Adams軟件中沒有直接對(duì)繩索這類大變形物體直接建模的工具，目前采用的方法是將繩索離散成若干段小圓柱體，當(dāng)各小段圓柱體相對(duì)整個(gè)繩索長(zhǎng)度很小時(shí)，繩索就可視為連續(xù)體；各小段圓柱體之間用軸套力連接，通過定義軸套力的拉壓以及扭轉(zhuǎn)剛度以及阻尼參數(shù)來體現(xiàn)繩索的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)；通過將繩索離散成一段段小圓柱體，可以繞過滑輪等做一定的曲線運(yùn)動(dòng)，各小圓柱體與滑輪之間添加接觸力。當(dāng)繩索離散成小圓柱體數(shù)量足夠多時(shí)，可以較為真實(shí)地反映繩索的拉伸彎曲以及在滑輪上的滑動(dòng)等。
[0004]現(xiàn)有Adams中的這種滑輪一一繩索模型，計(jì)算量非常龐大，并且其中包含了非常多的非線性接觸，容易造成計(jì)算不收斂以及計(jì)算速度過慢等問題，不適用于模擬的滑輪一一繩索系統(tǒng)數(shù)量很多或者繩索非常長(zhǎng)的情況。另外繩索類物體路徑通常是纏繞在滑輪上的，直接在Adams軟件中建模也較為繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Adams軟件的滑輪一一繩索類物體的模擬方法，在Adams軟件中建立滑輪一一繩索模型，通過使用數(shù)學(xué)關(guān)系模擬描述繩索與滑輪之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系以及受力關(guān)系，并解決繩索與滑輪的纏繞問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于Adams軟件的滑輪一一繩索類物體的模擬方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:建立直線0A，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rotl，使直線OA繞圓心O在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0008]步驟2:建立直線AB，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rot2，使直線AB繞A點(diǎn)在YOZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0009]步驟3:建立直線AC，并設(shè)置移動(dòng)副tranl，使直線AC沿直線AB移動(dòng)；
[0010]步驟4:建立圓柱體D1，并設(shè)置移動(dòng)副tran2，使圓柱體Dl沿直線AC移動(dòng)；建立圓柱體D2，并設(shè)置移動(dòng)副tran3，使圓柱體D2沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體Dl和圓柱體D2之間設(shè)置接觸；
[0011]步驟5:建立圓柱體D3，并設(shè)置固定副fixl，使圓柱體D3和圓柱體Dl固定；建立圓柱體D4，并設(shè)置移動(dòng)副tran4，使圓柱體D4沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體D3和圓柱體D4之間設(shè)置集中力Forcel ；
[0012]步驟6:建立圓柱體D5，并設(shè)置固定副fix2，使圓柱體D5和直線AC固定；在圓柱體D5上設(shè)置集中力Force2。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:針對(duì)帶有滑輪一一繩索機(jī)構(gòu)的不同機(jī)械系統(tǒng)，可以分析其整體及各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和受力特性，充分考慮了鋼絲繩的彈性變形、重量轉(zhuǎn)移以及松弛張緊的影響因素，能夠保證模擬的準(zhǔn)確性，并且簡(jiǎn)化了建模方法，提高了計(jì)算效率。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的滑輪一一繩索模型示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的滑輪——繩索機(jī)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖所示的各實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但應(yīng)當(dāng)說明的是，這些實(shí)施方式并非對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作的功能、方法、或者結(jié)構(gòu)上的等效變換或替代，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0017]如圖1所示，圖1為本發(fā)明的滑輪一一繩索模型示意圖。
[0018]本實(shí)施例提供了一種基于Adams軟件的滑輪一一繩索類物體的模擬方法，具體步驟如下:
[0019]步驟1:建立直線0A，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rotl，使直線OA繞圓心O在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過此步驟，使得繩索能在XOY平面內(nèi)擺動(dòng)。
[0020]步驟2:建立直線AB，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rot2，使直線AB繞A點(diǎn)在YOZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過此步驟，使得繩索能在YOZ平面內(nèi)擺動(dòng)。
[0021]步驟3:建立直線AC，并設(shè)置移動(dòng)副tranl，使直線AC沿直線AB移動(dòng)。通過此步驟，使得繩索能伸長(zhǎng)縮短。
[0022]步驟4:建立圓柱體Dl，并設(shè)置移動(dòng)副tran2，使圓柱體Dl沿直線AC移動(dòng)；建立圓柱體D2，并設(shè)置移動(dòng)副tran3，使圓柱體D2沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體Dl和圓柱體D2之間設(shè)置接觸。通過此步驟，模擬繩索松弛的情況。
[0023]步驟5:建立圓柱體D3，并設(shè)置固定副fixl，使圓柱體D3和圓柱體Dl固定；建立圓柱體D4，并設(shè)置移動(dòng)副tran4，使圓柱體D4沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體D3和圓柱體D4之間設(shè)置集中力Forcel。通過此步驟，模擬繩索的彈性變形。
[0024]步驟6:建立圓柱體D5，并設(shè)置固定副fix2，使圓柱體D5和直線AC固定；在圓柱體D5上設(shè)置集中力ForCe2。通過此步驟，模擬繩索的重量轉(zhuǎn)移。
[0025]本實(shí)施例提供的滑輪——繩索類物體的模擬方法，可以分析機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和受力特性，充分考慮了鋼絲繩的彈性變形、重量轉(zhuǎn)移以及松弛張緊的影響因素，能夠保證模擬的準(zhǔn)確性，并且簡(jiǎn)化了建模方法，提高了計(jì)算效率。
[0026]下面通過具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0027]本實(shí)例為某一大型升船機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力特性模擬，升船機(jī)一般包括很多組滑輪一繩索構(gòu)件(如圖2所示)，并且繩索長(zhǎng)達(dá)幾十米，在現(xiàn)有的計(jì)算條件下采用Adams軟件應(yīng)用離散單元法模擬滑輪一一繩索幾乎難以完成，本實(shí)例采用本發(fā)明的滑輪一一繩索模擬方法來進(jìn)行升船機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力特性模擬，包括如下步驟:
[0028]I)建立承船廂、平衡重、機(jī)械同步系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)等力學(xué)模型，并根據(jù)它們之間的運(yùn)動(dòng)和受力傳遞關(guān)系建立升船機(jī)系統(tǒng)整體動(dòng)力學(xué)仿真模型；
[0029]2)在機(jī)械同步系統(tǒng)卷筒與平衡重、卷筒與承船廂之間分別建立滑輪一繩索模型(按照上述步驟1-步驟6的方法)。
[0030]3)根據(jù)升船機(jī)運(yùn)行參數(shù)，分別對(duì)升船機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力特性進(jìn)行數(shù)值模擬，得到升船機(jī)系統(tǒng)承船廂、同步軸、導(dǎo)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和受力特性。
[0031]在Adams軟件中采用上述滑輪一繩索模型方法，對(duì)此升船機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性數(shù)值模擬成果如下:
[0032](I)升船機(jī)系統(tǒng)最大抗傾覆剛度為360960kN.m/deg,是承船廂中水體產(chǎn)生的傾覆剛度的6.86倍，升船機(jī)系統(tǒng)能夠保持穩(wěn)定；
[0033](2)在升船機(jī)運(yùn)行過程中，承船廂最大縱向水平偏差為13.02mm,同步系統(tǒng)所受最大扭矩為61.22kN.m，導(dǎo)向系統(tǒng)所受最大荷載為591.19kN。
[0034]本實(shí)施通過在大型升船機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力特性模擬中采用上述步驟1-6的滑輪一一繩索模擬方法，可以分析機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和受力特性，該方法充分考慮了鋼絲繩的彈性變形、重量轉(zhuǎn)移以及松弛張緊的影響因素，能夠保證模擬的準(zhǔn)確性，并且簡(jiǎn)化了建模方法，提尚了計(jì)算效率。
[0035]上文所列出的一系列的詳細(xì)說明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施方式的具體說明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施方式或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0036]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Adams軟件的滑輪一一繩索類物體的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:建立直線0A，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rotl，使直線OA繞圓心O在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)； 步驟2:建立直線AB，并設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rot2，使直線AB繞A點(diǎn)在YOZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)； 步驟3:建立直線AC，并設(shè)置移動(dòng)副tranl，使直線AC沿直線AB移動(dòng)； 步驟4:建立圓柱體Dl，并設(shè)置移動(dòng)副tran2，使圓柱體Dl沿直線AC移動(dòng)；建立圓柱體D2，并設(shè)置移動(dòng)副tran3，使圓柱體D2沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體Dl和圓柱體D2之間設(shè)置接觸； 步驟5:建立圓柱體D3，并設(shè)置固定副fixl，使圓柱體D3和圓柱體Dl固定；建立圓柱體D4，并設(shè)置移動(dòng)副tran4，使圓柱體D4沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體D3和圓柱體D4之間設(shè)置集中力Forcel ； 步驟6:建立圓柱體D5，并設(shè)置固定副fix2，使圓柱體D5和直線AC固定；在圓柱體D5上設(shè)置集中力Force2。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于Adams軟件的滑輪——繩索類物體的模擬方法，包括：建立直線OA，設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rot1，使直線OA繞圓心O在XOY平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；建立直線AB，設(shè)置旋轉(zhuǎn)副rot2，使直線AB繞A點(diǎn)在YOZ平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；建立直線AC，設(shè)置移動(dòng)副tran1，使直線AC沿直線AB移動(dòng)；建立圓柱體D1、D2，設(shè)置移動(dòng)副tran2、tran3，使圓柱體D1沿直線AC移動(dòng)，使圓柱體D2沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體D1和圓柱體D2之間設(shè)置接觸；建立圓柱體D3、D4，設(shè)置固定副fix1、移動(dòng)副tran4，使圓柱體D3和圓柱體D1固定，使圓柱體D4沿直線AC移動(dòng)；在圓柱體D3和圓柱體D4之間設(shè)置集中力Force1；建立圓柱體D5，設(shè)置固定副fix2，使圓柱體D5和直線AC固定，在圓柱體D5上設(shè)置集中力Force2。本發(fā)明保證了模擬準(zhǔn)確性，提高了計(jì)算效率。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105224746
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510643044
【發(fā)明人】張蕊, 吳一紅, 鄧杰, 張東, 章晉雄, 張文遠(yuǎn), 張宏偉, 高建標(biāo), 王志剛
【申請(qǐng)人】中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月1日