ADAMS实例建模与仿真

ADAMS实例建模与仿真

ADAMS实例建模与仿真一模型描述

一个名称为ball，质量为4Kg，半径为5cm的球体，以50m/s的速度落到下面有弹簧支持的名为ban的矩形板上(200mm*200mm*10mm)，球心与支持板相距

0.3m，弹簧K=3000N/mm，试用ADAMS建立模型，并进行动力学及运动学分析。

二几何模型建立与物理性质添加

在ADAMS/View环境下，设置好工作环境，根据题意建立实体模型，并进行相关物理性质的添加。如支持板和球颜色的渲染，球质量的添加以及初始条件的设置，以及弹簧刚度系数的设置等，并在球与板之间添加碰撞接触对，完成以上工作后，所建模型如图1和图2:

图1

图2

准备工作做好以后，便可以进行仿真分析。

三运动学分析及动力学分析

1 运动学分析

点击工具栏中的仿真按钮，并分别设置“end time”和"steps"为1.0s和100，开始仿真。仿真结束后，进入PostProcessor，绘制相关曲线如图3至图8:

图3

图4

图5

图6

图7

图8

仿真结果分析:

图3:图3是球的位移与加速度变化曲线图，从图中可以看出在设定时间内小球与支持板碰撞三次，并在第二次碰撞时加速度达到最大，即第二次碰撞时弹簧的变形量达到最大。

图4:图4是球的位移与速度的变化曲线图，从图中看出小球的速度在每次碰撞时发生突变，且由于能量的损失，每次碰撞后速度的幅值逐渐减小，最后衰减为零。

图5:图5为小球的位移、速度和加速度三者之间综合比较曲线图，从图中可以更直观的看出三者之间的关系以及碰撞对三者的影响。

图6:图6的两条曲线分别为小球和支持板的加速度曲线。从图中可以看出小球只在每次碰撞与支持板接触的极短时间内有加速度(不考虑重力加速度)，而支持板与弹簧一起在碰撞后做上下的自由振动，到下一次碰撞时振幅发生突变并最终由于能量的损失而使振幅趋于零。

图7:图7反映了支持板的速度与加速度之间的关系，即支持板加速度为零时速度达到最大值，此时弹簧处于平衡位置;而支持板速度为零时加速度达到最大值，此时弹簧处于每一个振动的变形最大处。

图8:图8为小球的位移与支持板的速度变化曲线比较。图中蓝色虚线为小球位移曲线，红色实线为支持板速度变化图，可以看出，小球与支持板每次碰撞时同样使支持板的速度发生突变，并在第二次碰撞前后变化最大。同时可以看出能力之间的相互转化(本例中小球的动能和弹簧的势能之间的转化)以及碰撞过程中能量的损失。

2 动力学分析

同样在PostProcessor环境下，输出弹簧的压缩量以及小球与支持板之间的碰撞接触力的变化规律曲线以及与小球加速度之间的关系。如图9~图11:

图9

图10

图11

仿真结果分析:

图9和图10分别为弹簧的变形过程和弹簧由于形变而产生的力的变化曲线图,比较两条曲线可以发现它们呈正比关系，再观察数值发现F=3000*x，x为弹簧的形变量，而3000N/mm为弹簧的刚度系数，即验证了胡克定律。图11:图11为小球的加速度与碰撞接触力的变化曲线，可以看出两条曲线基本吻合，即小球碰撞时的加速度由碰撞接触力提供，再观察三个峰值，满足牛顿第二定律，即F=m*a，本题中m=4Kg。

四心得体会

此次仿真练习收获较大，从一个小实验验证了胡克定律、牛顿第二定律以及能量的转化及守恒，并分析了速度、位移和加速度之间的对应关系。从此次试验发现，小球与弹簧支持板之间的碰撞是一个较为复杂的过程，因而在仿真过程中有诸多疑问希望老师能帮忙解答:

问题一:为什么在碰撞时小球的加速度由碰撞接触力提供而不是与支持板接触时由弹簧的形变力提供,,即小球与支持板接触时两者的加速度并不相等。问题二:

既然小球的加速度由碰撞接触力提供，为什么小球的最大加速度不是在第一次碰撞时达到最大，而是在第二次,还是仿真结果不正确,

希望老师帮忙解答以上两问题，谢谢～～～