基于Adams软件的滑轮——绳索类物体的模拟方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械系统动力仿真技术领域，尤其涉及一种基于Adams软件的滑轮一一绳索类物体的模拟方法。
【背景技术】
[0002]美国MSC公司的机械系统动力仿真分析软件Adams (Automatic Dynamic Analysisof Mechanical Systems，机械系统动力学自动分析)是集成建模、求解，可视化技术一体的运动仿真软件，是当前世界上使用范围最广、最负盛名的机械系统动力学仿真分析平台。随着虚拟样机技术在机械工程领域的应用和发展，Adams已成功应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆、工业机械、工程机械等领域。Adams是以计算多体系统动力学为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件，利用它可以建立起复杂机械系统的运动学和动力学模型，其模型可以是刚性体、也可以是柔性体，以及刚柔混合模型。
[0003]滑轮一一绳索机构通常在机械系统中应用广泛，用于传递力和位移。在Adams软件中没有直接对绳索这类大变形物体直接建模的工具，目前采用的方法是将绳索离散成若干段小圆柱体，当各小段圆柱体相对整个绳索长度很小时，绳索就可视为连续体；各小段圆柱体之间用轴套力连接，通过定义轴套力的拉压以及扭转刚度以及阻尼参数来体现绳索的刚度系数和阻尼系数；通过将绳索离散成一段段小圆柱体，可以绕过滑轮等做一定的曲线运动，各小圆柱体与滑轮之间添加接触力。当绳索离散成小圆柱体数量足够多时，可以较为真实地反映绳索的拉伸弯曲以及在滑轮上的滑动等。
[0004]现有Adams中的这种滑轮一一绳索模型，计算量非常庞大，并且其中包含了非常多的非线性接触，容易造成计算不收敛以及计算速度过慢等问题，不适用于模拟的滑轮一一绳索系统数量很多或者绳索非常长的情况。另外绳索类物体路径通常是缠绕在滑轮上的，直接在Adams软件中建模也较为繁琐。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于Adams软件的滑轮一一绳索类物体的模拟方法，在Adams软件中建立滑轮一一绳索模型，通过使用数学关系模拟描述绳索与滑轮之间的运动关系以及受力关系，并解决绳索与滑轮的缠绕问题。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了一种基于Adams软件的滑轮一一绳索类物体的模拟方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:建立直线0A，并设置旋转副rotl，使直线OA绕圆心O在XOY平面内转动；
[0008]步骤2:建立直线AB，并设置旋转副rot2，使直线AB绕A点在YOZ平面内转动；
[0009]步骤3:建立直线AC，并设置移动副tranl，使直线AC沿直线AB移动；
[0010]步骤4:建立圆柱体D1，并设置移动副tran2，使圆柱体Dl沿直线AC移动；建立圆柱体D2，并设置移动副tran3，使圆柱体D2沿直线AC移动；在圆柱体Dl和圆柱体D2之间设置接触；
[0011]步骤5:建立圆柱体D3，并设置固定副fixl，使圆柱体D3和圆柱体Dl固定；建立圆柱体D4，并设置移动副tran4，使圆柱体D4沿直线AC移动；在圆柱体D3和圆柱体D4之间设置集中力Forcel ；
[0012]步骤6:建立圆柱体D5，并设置固定副fix2，使圆柱体D5和直线AC固定；在圆柱体D5上设置集中力Force2。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:针对带有滑轮一一绳索机构的不同机械系统，可以分析其整体及各机构的运动和受力特性，充分考虑了钢丝绳的弹性变形、重量转移以及松弛张紧的影响因素，能够保证模拟的准确性，并且简化了建模方法，提高了计算效率。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的滑轮一一绳索模型示意图；
[0015]图2为本发明一实施例的滑轮——绳索机构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
[0017]如图1所示，图1为本发明的滑轮一一绳索模型示意图。
[0018]本实施例提供了一种基于Adams软件的滑轮一一绳索类物体的模拟方法，具体步骤如下:
[0019]步骤1:建立直线0A，并设置旋转副rotl，使直线OA绕圆心O在XOY平面内转动。通过此步骤，使得绳索能在XOY平面内摆动。
[0020]步骤2:建立直线AB，并设置旋转副rot2，使直线AB绕A点在YOZ平面内转动。通过此步骤，使得绳索能在YOZ平面内摆动。
[0021]步骤3:建立直线AC，并设置移动副tranl，使直线AC沿直线AB移动。通过此步骤，使得绳索能伸长缩短。
[0022]步骤4:建立圆柱体Dl，并设置移动副tran2，使圆柱体Dl沿直线AC移动；建立圆柱体D2，并设置移动副tran3，使圆柱体D2沿直线AC移动；在圆柱体Dl和圆柱体D2之间设置接触。通过此步骤，模拟绳索松弛的情况。
[0023]步骤5:建立圆柱体D3，并设置固定副fixl，使圆柱体D3和圆柱体Dl固定；建立圆柱体D4，并设置移动副tran4，使圆柱体D4沿直线AC移动；在圆柱体D3和圆柱体D4之间设置集中力Forcel。通过此步骤，模拟绳索的弹性变形。
[0024]步骤6:建立圆柱体D5，并设置固定副fix2，使圆柱体D5和直线AC固定；在圆柱体D5上设置集中力ForCe2。通过此步骤，模拟绳索的重量转移。
[0025]本实施例提供的滑轮——绳索类物体的模拟方法，可以分析机械系统的运动和受力特性，充分考虑了钢丝绳的弹性变形、重量转移以及松弛张紧的影响因素，能够保证模拟的准确性，并且简化了建模方法，提高了计算效率。
[0026]下面通过具体实例对本发明作进一步详细说明。
[0027]本实例为某一大型升船机机械系统的动力特性模拟，升船机一般包括很多组滑轮一绳索构件(如图2所示)，并且绳索长达几十米，在现有的计算条件下采用Adams软件应用离散单元法模拟滑轮一一绳索几乎难以完成，本实例采用本发明的滑轮一一绳索模拟方法来进行升船机系统的动力特性模拟，包括如下步骤:
[0028]I)建立承船厢、平衡重、机械同步系统、导向系统等力学模型，并根据它们之间的运动和受力传递关系建立升船机系统整体动力学仿真模型；
[0029]2)在机械同步系统卷筒与平衡重、卷筒与承船厢之间分别建立滑轮一绳索模型(按照上述步骤1-步骤6的方法)。
[0030]3)根据升船机运行参数，分别对升船机系统动力特性进行数值模拟，得到升船机系统承船厢、同步轴、导向系统的运动和受力特性。
[0031]在Adams软件中采用上述滑轮一绳索模型方法，对此升船机系统动力学特性数值模拟成果如下:
[0032](I)升船机系统最大抗倾覆刚度为360960kN.m/deg,是承船厢中水体产生的倾覆刚度的6.86倍，升船机系统能够保持稳定；
[0033](2)在升船机运行过程中，承船厢最大纵向水平偏差为13.02mm,同步系统所受最大扭矩为61.22kN.m，导向系统所受最大荷载为591.19kN。
[0034]本实施通过在大型升船机机械系统的动力特性模拟中采用上述步骤1-6的滑轮一一绳索模拟方法，可以分析机械系统的运动和受力特性，该方法充分考虑了钢丝绳的弹性变形、重量转移以及松弛张紧的影响因素，能够保证模拟的准确性，并且简化了建模方法，提尚了计算效率。
[0035]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0036]对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
【主权项】
1.一种基于Adams软件的滑轮一一绳索类物体的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:建立直线0A，并设置旋转副rotl，使直线OA绕圆心O在XOY平面内转动； 步骤2:建立直线AB，并设置旋转副rot2，使直线AB绕A点在YOZ平面内转动； 步骤3:建立直线AC，并设置移动副tranl，使直线AC沿直线AB移动； 步骤4:建立圆柱体Dl，并设置移动副tran2，使圆柱体Dl沿直线AC移动；建立圆柱体D2，并设置移动副tran3，使圆柱体D2沿直线AC移动；在圆柱体Dl和圆柱体D2之间设置接触； 步骤5:建立圆柱体D3，并设置固定副fixl，使圆柱体D3和圆柱体Dl固定；建立圆柱体D4，并设置移动副tran4，使圆柱体D4沿直线AC移动；在圆柱体D3和圆柱体D4之间设置集中力Forcel ； 步骤6:建立圆柱体D5，并设置固定副fix2，使圆柱体D5和直线AC固定；在圆柱体D5上设置集中力Force2。
【专利摘要】本发明提供了一种基于Adams软件的滑轮——绳索类物体的模拟方法，包括：建立直线OA，设置旋转副rot1，使直线OA绕圆心O在XOY平面内转动；建立直线AB，设置旋转副rot2，使直线AB绕A点在YOZ平面内转动；建立直线AC，设置移动副tran1，使直线AC沿直线AB移动；建立圆柱体D1、D2，设置移动副tran2、tran3，使圆柱体D1沿直线AC移动，使圆柱体D2沿直线AC移动；在圆柱体D1和圆柱体D2之间设置接触；建立圆柱体D3、D4，设置固定副fix1、移动副tran4，使圆柱体D3和圆柱体D1固定，使圆柱体D4沿直线AC移动；在圆柱体D3和圆柱体D4之间设置集中力Force1；建立圆柱体D5，设置固定副fix2，使圆柱体D5和直线AC固定，在圆柱体D5上设置集中力Force2。本发明保证了模拟准确性，提高了计算效率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105224746
【申请号】CN201510643044
【发明人】张蕊, 吴一红, 邓杰, 张东, 章晋雄, 张文远, 张宏伟, 高建标, 王志刚
【申请人】中国水利水电科学研究院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月1日