实验三弹簧阻尼器机构的动力学模拟

实验三弹簧阻尼器机构的动力学模拟一、实验目的1．掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模方法；2．掌握ADAMS中施加约束和驱动的方法；3．计算出弹簧阻尼机构运动时，弹簧振子的位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力的对应关系。二、实验设备和工具1．ADAMS软件；2．CAD/CAM机房。三、实验原理按照弹簧阻尼器机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构的实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块的几何实体模型；质量块的运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块的参数可以进行多次不同状态下的模拟。四、实验步骤1．问题描述图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M为振子，质量为187.224kg；弹簧刚度K＝5N/mm，阻尼器阻尼为C＝0.05N/mm，弹簧空载长度为400mm，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A处的支撑力。2.启动ADAMSMM：187.224KgK：5.0N/mmC：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0图3-1弹簧阻尼器机构示意图2.1运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Createanewmodel,Modelname输入spring_mass；2.2确认Gravity（重力）文本框中是EarthNormal(-GlobalY)，Units(单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。3.建立几何模型3.1单击F4显示坐标窗口；3.2在主工具箱中选择Box工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；3.3在屏幕任意位置点击鼠标创建质量块；3.4右键点击质量块，选择part_2，然后选择Rename，更名为mass；3.5右键点击质量块，选择mass，然后选择Modify。在打开的对话框中修改Definemassby项为UserInput，在Mass栏输入187.224；3.6选择右视图按钮查看质量块的位置，进行调整栅格位于质量块的中心。选择Edit菜单下的Move项，在对话框中选择Relocatethe项为Part，右键点击右侧文本框选择Part，出现Guesses然后选择mass,如图3-2所示。3.7在Translate下方的数字栏中输入-100，或者输入100再单击前面的按钮，如图3-3所示；图3-2选择移动质量块图3-3移动对话框3.8设置完毕后，单击Z轴方向按钮，使质量块中心位于工作栅格位置，选择正视按钮，显示栅格便于建模；4.施加运动副为了确保质量块的运动只沿Y轴移动，添加一平动副。选择工具箱中的平动副按钮，选择质量块和大地为对象，Y轴为运动方向。如图3-4所示。5.设置弹簧和阻尼器参数5.1选择工具栏中的弹簧阻尼器按钮，设置参数：K=ON，K=5.0；C=ON，C=0.05；5.2设置完毕，选择质量块中心点，以及点击沿Y轴向上400mm的位置，即相当于与大地建立弹簧连接，如图3-5所示；图3-4添加平动副图3-5建立弹簧阻尼器模型5.3为了确定弹簧在空载时长度为400mm，选择菜单栏中Tools菜单中的Measuredistance,在测量对话框中FirstMarkerName栏单击鼠标右键，选择position然后选择pick，选择质量块的中心点mass.cm，在secondMarkerName栏单击鼠标右键，选择position然后选择pick，选择弹簧的上顶点ground.MARKER_5；5.4设置完毕，单击OK按钮。测量信息窗口如图3-6，Y轴距离为-400mm。6.对弹簧阻尼器机构仿真分析6.1测量静平衡时弹簧力的大小，选择工具箱中的仿真按钮，选择工具箱下侧的计算静平衡按钮，计算成功会出现提示。6.2计算完毕单击返回按钮，右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Characteristic选择force,在MeasureName栏输入spring_force，单击OK按纽，建立一测量力的窗口。为了只测量力的大小，在测量窗口内单击鼠标右键并选择Measuremodify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；图3-6测量信息窗口6.3根据弹簧力测量曲线，起始位置即静平衡时弹簧力为1836N，即质量块的重力：187.224kg*9806.65mm/s2(=1836.04N)。测量曲线如图3-8所示；6.4继续测量弹簧的变形曲线。右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Measurename输入spring_displace,Characteristic选择Deformation，建立空白的位移测量窗口；6.5选择工具箱中的仿真按钮，设置仿真时间EndTime为2，Steps为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；图3-7修改测量力函数图3-8弹簧力测量曲线6.6在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选择plot:scht1---Transfertofullplot，切换到ADAMS/Postprocessor窗口。6.7单击clearplot按钮清除窗口内的曲线。在Resultset选项中选择spring_force下，选择component下的Q分量。如图3-10所示；6.8在IndependentAxis项选择Data项，在弹出的选择窗口spring_displace，在component中选择Q，选择完毕单击OK如图3-11。6.9单击Addcurves按钮添加新选择的曲线，即以X轴为Spring_displace，Y轴为spring_force,如图3-12。图3-9弹簧变形曲线图3-10测量曲线参数设置图3-11选择IndependentAxis五、思考题1．在ADAMS中建立的弹簧阻尼器模型图3-5和图3-1给出的弹簧阻尼器模型存在不同吗，对结果会不会产生影响？2．请尝试变换弹簧、阻尼器和质量块的参数，进行模拟？3．变换阻尼器的参数，进行模拟，当阻尼器的值设置大到一定程度后，弹簧阻尼器机构模拟时会产生什么情况？六、实验报告按照以下要求递交实验报告1．建模要求把建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述。2.施加运动副和驱动要求把弹簧阻尼器运动机构施加运动副和驱动完成的图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加的运动副和驱动作简要叙述。3.模拟结果要求把质量块的运动位移、速度、加速度和弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系模拟出来，分别抓图1幅,粘贴于实验报告中，并对模拟结果作简要的叙述。图3-12力与位移的关系曲线