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1、第一部分：有限元基本理论与方法长安大学 张青哲一、有限元基本理论一、有限元基本理论 有限元方法是一种有效的数值计算方法。目前，它已广泛地应用于各类工程技术领域，如结构的应力、应变分析，各种连续问题的场变量温度、压力、流速势、电磁场等问题的数值计算，并日益受到重视。其基本思想是：将一个连续的求解域离散化，即分割成彼此用节点（离散点）互相联系的有限个单元，在单元体内假设近似解的模式，用有限个节点上的未知参数表征单元的特性，然后用适当的方法，将各个单元的关系式组合成包含这些未知参数的方程组，求解这个方程组，得出各节点的未知参数，利用插值函数求出近似解。随着单元尺寸的缩小，单元数目也就增加，解的近似程
2、度不断提高，如果单元满足收敛要求的话，近似解就收敛于真实解。二、有限元法的分类与求解步骤二、有限元法的分类与求解步骤 从选择基本未知量的角度来看，有限元法分为以下三类：v 位移法以节点位移作为基本未知量v 力法以节点力作为基本未知量v 混合法取一部分节点位移和一部分节点力作为 基本未知量 由于位移法比较简单，计算规律性强，便于编写计算机通用程序，因此在用有限元法进行结构分析时，大多采用位移法。其求解步骤如下：1、结构的离散化单元划分 2、假设单元的位移插值函数和形函数 3、计算单元刚度矩阵 4、载荷移置把非节点载荷等效地移置 到节点上 5、计算结构刚度矩阵，形成结构刚度方程 6、引入位移边界条
3、件，求解方程 7、计算应力与应变三、两种平面问题三、两种平面问题 平面问题分为平面应力问题和平面应变问题两大类。体力指分布于物体体积内的外力，它作用于 物体内部的各个质点上，如重力、磁力 和运动时的惯性力等。面力指均布于物体表面上的外力，它作用于 物体表面的各个质点上，如物体间的接 触力和气体压力等。1、平面应力问题 在这类问题的应力分量中，凡带某一脚标的（如z）都为零。其特点是：几何形状特点：物体在一个方向（如z向）上的尺寸远 小于其他两个方向的几何尺寸，如薄 板。所受外力特点：在薄板的两个侧面上无面力作用，只 在其边缘受到平行于板面且沿板厚均 匀分布的面力（面力分量中 ）作 用，同时体力也
4、平行于板面且不沿板 厚变化（体力分量中 ）。由于板很薄，在板面上不受力，且外力不沿板厚变化，因此在整个板内有：于是在6个应力分量中只需研究 平面内的 3个应力分量 ，所以称这种问题为平面应力问题。应变分量中，由广义虎克定律，而 ,可在求出 后再计算；z向位移 可通过应变与位移间关系，经积分后再考虑位移边界条件求得。这样要考虑的应变分量只是 ，位移分量只有 和 。这样，平面应力问题只需研究以下8个独立未知函数：且它们只是 的函数，与 无关。工程中的墙、梁，高速旋转的薄圆盘等都可简化为平面应力问题。2、平面应变问题 这类问题的位移分量中有一个为零（如 向位移 ），其余两个方向的位移 和 与 无关。
5、其特点是：几何形状特点：物体沿一个方向很长（如 向），且垂 直于 轴的截面相同，即为一个等棱柱 体，位移条件或支承条件沿 向也相同。所受外力特点：在柱体侧面上受到垂直于 轴且不沿 长 度变化的面力（面力分量中 ）作用，同时体力也垂直于 轴且不沿 长度变化（体力分量中 ）。同样有：，于是在6个应变分量中只需研究 平面内的 3个应分量 ，在 3个位移分量中也只需研究平面内的 和 ，所以称这种问题为平面应变问题。应力分量中，由广义虎克定律，而 ,可在求出 后再计算；这样要考虑的应力分量只是 。这样，平面应变问题只需研究以下8个独立未知函数：且它们只是 的函数，与 无关。工程实际中，炮筒、桥梁支座的柱
6、形辊轴等都可简化为平面应变问题。所以无论是平面应力问题还是平面应变问题，都只需研究3个应力分量 ，3个应变分量 2个位移分量 和 。四、单元划分四、单元划分 单元划分是有限元分析的基本前提，也是有限元法解题的重要步骤。常用的单元类型有：v 杆单元v 平面单元v 轴对称单元v 空间单元 对平面问题，一般采用三角形单元，此时单元划分应注意以下问题：任一三角形单元的顶点必须同时也是其相邻三角 形单元的顶点，而不能是其内点。三角形单元的3条边长（或3个顶角）之间不应相 差太大，即单元划分中不应出现过大的钝角或过 小的锐角，否则，计算误差较大。在应力较大和应力集中的区域，单元应划分细一 些，以提高精度。
7、如果边界上有集中力作用，则该点应被划分为点。单元的大小和数目应根据精度要求来确定，在保证 精度的前提下，力求采用较少的单元。当物体的厚度有突变或物体由不同材料组成时，不 要把厚度不同或材料不同的区域划分在统一单元。节点编号，原则上可任意，但它影响基本方程系数 矩阵的带宽，所以单元的两个相邻节点编号之差 应尽可能小。五、位移插值函数与形函数五、位移插值函数与形函数 结构离散化后，要对单元进行力学特性分析，即确定单元节点力与节点位移之间的关系。为分析并确定这一关系，需要把单元中任一点的位移分量表示为坐标的某种函数，这一函数称为单元的位移插值函数。它反映了单元的位移形态并决定着单元的力学特性。由于这
8、种函数关系在解题前是未知的，而在单元分析时又必须用到，因此要事先假定，所假定的位移插值函数须满足以下两个条件：1、它在节点上的值应等于节点位移；2、它所采用的函数必须保证有限元解收敛于真实解。位移函数的一般形式：位移函数一般采用多项式形式。当所取项数越多，坐标变量阶次越高，对真实解的近似程度就越好，但分析与计算的复杂程度也相应随之增加。对于平面（二维）问题，位移函数的一般形式为：式中：，为待定系数。把位移函数的这种描述形式称为广义坐标形式。在确定二维多项式的项数时，需参照二维帕斯卡三角形，即在二维多项式中，若包含帕斯卡三角形对称轴一侧的任意一项，则必须同时包含它在对称轴另一侧的对应项。1 x
9、y x2 xy y2 x3 x2y xy2 y3 x4 x3y x2y2 xy3 y4 x5 x4y x3y2 x2y3 xy4 y5.以3节点三角形单元为例，其位移函数为：把节点位移 代入上式，可求出6个待定系数 。经推导可得：其中 称为单元位移的形状函数，简称形函数，其值为：若令 表示单元节点位移列阵，则有：其中 为形函数构成的形函数矩阵。上式建立了单元中任意一点的位移与节点位移的关系，即通过单元节点位移 插值求出单元中任一点位移 ，把位移函数的这种描述形式称为插值函数形式。形函数具有以下两个性质：1、形函数 在节点 处的值为1，而在其余两个节点 处的值为0。2、在单元中任意一点，3个形函
10、数之和为1，即：六、计算单元刚度矩阵六、计算单元刚度矩阵 对单元进行力学特性分析的目的在于确定单元节点力与节点位移之间的关系，这一关系称为单元刚度方程，用矩阵表示为：其中 为单元节点力列阵；为单元刚度矩阵。计算单元刚度矩阵的基本步骤是：在假设单元位移函数的基础上，通过弹性力学的基本方程，来建立应力、应变与节点位移之间的关系，然后根据能量原理，求得单元节点力与节点位移之间的关系式，即得单元刚度方程，从而可得单元刚度矩阵 。以3节点三角形单元为例，其单元刚度矩阵的推导过程如下：1、用单元节点位移表示单元中任一点的应变，得 2、用单元节点位移表示单元中任一点的应力，得 3、利用虚位移原理建立单元节点
11、力与节点位移间的 关系，得 上式是单元刚度矩阵 的普遍表达式，适用于各种类型的单元。对于3节点三角形单元，由于 为常量矩阵，为单元内微元体的体积，所以有：单元刚度矩阵有以下性质：单元刚度矩阵是对称矩阵；单元刚度矩阵主对角线元素恒为正；单元刚度矩阵是奇异阵；单元刚度矩阵仅与单元的几何特性()及材料特性 ()有关，而与单元受力状况无关。七、载荷移置与等效节点载荷七、载荷移置与等效节点载荷 在有限元分析中，认为单元与单元之间仅通过节点相互联系。因此，在结构离散化过程中，如果外载荷不是直接作用在节点上，就必须将非节点载荷向节点移置，也就是把作用在结构上的真实外载理想化为作用在节点上的集中载荷，这个过程
12、就是非节点载荷向节点的移置，移置到节点后的载荷称为等效节点载荷。载荷移置是按单元进行，其步骤是：将各单元所受的非节点外载分别移置到各单元相应的节点上，然后在公共节点处应用力的叠加原理，就可得到整个结构的节点载荷列阵。载荷移置所遵循的原则是能量等效原则，即单元的实际载荷与移置后的等效节点载荷在相应的虚位移上所作的虚功相等。载荷移置的普遍公式：(表示移置后的单元节点载荷列阵)1、集中力 的移置公式 2、体力 的移置公式 3、面力 的移置公式 八、建立结构刚度方程八、建立结构刚度方程 在建立了单元刚度矩阵 和节点载荷列阵 后，就可按一定的方式，形成结构刚度方程：上式表示了整个结构的节点载荷 与节点位
13、移 之间的关系，它是以节点位移 为未知数的线性代数方程组，求解这一方程组，就可得节点位移，进而可求出应力与应变。在形成结构刚度方程时，实际上是以下3个过程的组合：1、将单元节点位移列阵 组合成结构的节点位移列阵 2、将单元的节点载荷列阵 组合成结构的节点载荷 列阵 3、将单元刚度矩阵 组合成结构刚度矩阵 其组合必须遵循以下基本原则：变形协调条件：在相互连接的公共节点处，诸单元 的节点位移必须相等。静力平衡条件：在相互连接的公共节点处，诸单元 对节点的作用力(即单元节点力)与 作用在该节点上的外载相平衡。此外，在有限元位移法中，约束是通过限制节点位移来体现的，因此在节点载荷列阵中不必考虑约束反力
14、的作用。形成结构刚度矩阵的方法：1、按单元形成结构刚度矩阵 先将存放结构刚度矩阵的数组充零，然后从第一个单元开始，计算其单元刚度矩阵 ，并将 中的每个元素存放到结构刚度矩阵的相应位置上，当依次作完最后一个单元时，就形成了结构刚度矩阵 。2、按节点形成结构刚度矩阵 先将存放结构刚度矩阵的数组充零，从节点1开始，检查该节点与哪几个节点相邻，凡与其相邻的节点，在结构刚度矩阵中就有对应的子刚阵。例如节点r，若节点s与其相邻，则总刚中必有子刚阵 ，然后再检查哪几个单元与这两个节点有关，并将相关单元 中的相应子刚阵 相互叠加。若节点s与节点r无关，则子刚阵 为0。按照总体节点编号顺序，对每个节点重复上述工
15、作，直到最后一个节点为止。结构刚度矩阵有以下性质：v 结构刚度矩阵是对称方阵；v 结构刚度矩阵是奇异阵；v 结构刚度矩阵是稀疏矩阵；v 结构刚度矩阵仅与结构的几何形状、尺寸及材 料特性有关，而与结构所承受的载荷无关。九、位移边界条件的处理九、位移边界条件的处理 结构刚度方程是以节点位移 为未知数的线性代数方程组，但由于结构刚度矩阵 的奇异性，此线性代数方程组不可能有唯一解，因此必须引入位移边界条件，以消除 的奇异性，保证刚度方程有唯一解。处理位移边界条件的方法有以下3种：1、降阶法 即降低结构刚度方程的阶次2、对角元置1法 3、对角元乘大数法 十、计算应力与应变十、计算应力与应变 由结构刚度方
16、程求出节点位移后，就可得各单元节点位移 ，对于3节点三角形单元，可以前边的公式求得应变与应力，即：上式求出的应力为单元中任一点的应力。对于3节点三角形单元而言，由于几何矩阵 与弹性矩阵 都是常量矩阵，因此单元内任一点的应力应变都相等，即3节点三角形单元是常应力单元，也是常应变单元。在求出节点位移后，有时还需了解节点处的应力，因此需要将已经求出的单元应力转化为节点应力，常用有以下两种方法：1、绕节点平均应力法即将与某节点相关的各单元的常量应力加以平均，公式为：2、按单元面积的加权平均法 以交集于节点 的各单元面积作为加权系数，来计算节点 处的应力值，即：式中，为单元 的面积，为与节点 相关的单元
17、数。十一、公式推广十一、公式推广 1、单元中任一点处的位移、应变与应力 2、单元刚度方程、单元刚度矩阵与子刚阵 3、载荷等效移置公式 集中力 的移置公式 体力 的移置公式 面力 的移置公式 4、结构刚度方程 以上公式适用于各种类型的单元及各种类型的问题，称之为位移法求解线弹性静力问题的普遍公式。第二部分：有限元软件介绍一、有限元软件分析过程一、有限元软件分析过程 有限元软件分析过程大体分为前处理、求解分析及后处理三大步骤。前处理：就是对实际的连续体离散化，建立有限元分 析模型。在这一阶段，要构造计算对象的几 何模型，划分有限元网格，生成有限元分析 的输入数据(包括材料特性、单元特性、施加 载荷
18、及约束条件等)。这一步是有限元分析的 关键。求解分析：这一过程主要包括：单元分析、整体分析、载荷移置、引入约束、求解约束方程等过 程。这一过程是有限元分析的核心，有限 元理论主要体现在这一过程中。一般除板 壳问题的有限元法应用一定量的混合法外，其余全部采用位移法求解。后处理：主要包括对计算结果的加工处理、编辑组织 和图形表示三个方面。它可以把有限元分析 得到的数据，进一步转换为设计人员直接需 要的信息，如应力分布状况、结构变形状态 等，并且绘成直观的图形，从而帮助设计人 员迅速地评价和校核设计方案。二、通用有限元软件的共同特点二、通用有限元软件的共同特点 有限元法的高度通用性与实用性导致了有限
19、元通用程序的发展。四十多年来，有限元通用软件的发展在数量和规模上是惊人的。其共同特点有以下几点：v 功能强大。一般都可进行多种物理场分析，如结构 分析、温度场分析、电磁场分析、流场分析、多场 耦合分析等。v 具有丰富的材料库，可以处理多种材料。如金属、土壤、岩石、塑料、橡胶、木材、陶瓷、混凝土、复合材料等。v 具有多种自动网格划分技术，自动进行单元形态、求解精度检查及修正。v 具有强大的后处理及图像显示功能。v 具有与多种CAD系统直接连接的接口。v 具有良好的用户开发环境。v 具有良好的培训和维护能力 v 技术成熟，已推向市场多年，版本不断更新。三、MSC.PATRAN简介 MSC.PATR
20、AN软件诞生于1980年前后，是在美国国家宇航局NASA的资助下，随着计算机及交互技术的发展，蕴育而生并日益完善的新一代计算机辅助工程分析前后处理系统，它率先把工程分析人员从繁重的数据准备工作中摆脱出来，并提供漂亮的计算结果仿真。目前已广泛应用于航空航天、汽车、造船、国防等各大领域。PATRAN主要具有以下特点：1、开放的工程分析框架结构 CADPATRANN分析软件PATRANN材料数据库如上图，PATRAN可以直接从各CAD软件中抓取几何模型。然后最大限度的创建一个模型提供多个程序进行分析，例如，直接从Pro/Engineer、UG、SolidWorks等读取几何，创建分析模型供NASTR
21、AN作结构强度及动力响应分析，同时又提供ABAQUS作高度非线性分析，DYTRAN作碰撞分析，Fluent作流场分析等。2、强有力的网格生成功能 3、逼真的结果可视化功能 4、开放的软件开发环境 另外，PATRAN还可以直接访问MVISION材料信息系统，方便地将子分析模型合并，实现数据的充分共享。可见，PATRAN就好像是一座桥梁，将CAD软件、分析求解器和材料信息等连在一起。PATRAN为用户提供了一种全功能的计算机编程语言PCL语言。PCL程序的结构类似于C语言，具有标准C语言的几乎全部功能，用它可以方便的编制PATRAN风格特色的Motif界面，允许用户读写PATRAN数据库中的全部信
22、息。所以，PATRAN是结合不同领域的用户的特点，进行专用软件二次开发的强有力的软件环境。PATRAN分析的一般流程 用PATRAN进行工程分析，一般流程如下图 建立几何模型选择分析程序建立分析模型评价分析结果递交分析1、建立几何模型 几何模型可直接在PATRAN中建立，也可以直接从CAD软件中读入，或先从CAD软件中读入，再在PATRAN中进行编辑修改。PATRAN可直接访问的CAD软件包括：CATIA、Pro/Engineer、UG、SolidWorks、CADDS5、Euclid、AutoCAD和SolidEdge。另外，还可以通过IGES、ACIS接口，从其他CAD读入或写出几何模型。
23、2、选择分析程序 不同的分析程序间虽然有很多共性，比如几何、有限元网格的划分与检查，但在材料本构、单元类型及分析过程等多方面都是各有特点的。因此在加建立分析模型前，一定要先设定分析程序。分析程序主要有：MSC.NASTRAN结构强度及动力响应分析ABAQUS高度非线性分析，MSC.DYTRAN碰撞分析MSC.Fatigue疲劳分析THERMAL热分析 .3、建立分析模型 分析模型的建立一般有以下四个步骤：3.1 网格划分 PATRAN的网格划分工具独立于任何有限元分析程序，其网格划分功能，从全自动到手工，有以下几类：直接对几何体的网格划分 直接对网格的操作 逐个手工生成网格 编辑、修改网格 3
24、.2 创建材料 定义材料，就是要求指定一个材料名称，然后将很多特性赋给这个名称。特性包括：各向同性、各向异性、正交各向异性、复合材料及本构关系等。如弹性模量、泊松比、屈服极限、线膨胀系数、比热等。材料特性定义因分析程序而异。3.3 指定单元特性 PATRAN中定义单元物理特性，实际就是确定单元类型(如壳单元、杆单元、梁单元、三角形单元、四面体单元等)、定义单元的材料、截面特性等的过程，它是与分析求解程序直接相关的。3.4 施加载荷及约束条件 PATRAN的边界条件可直接施加到有限元模型，也可施加到几何模型上。对于随时间或空间变化的、复杂的边界条件，PATRAN都可以实现。这一步骤也是与具体分析
25、程序有关。4、递交分析 该步骤主要是设置与分析程序相关的求解程序及参数，并直接递交运算或产生计算文件，例如，用什么分析类型求解(静态、动态、线性、非线性、模态、瞬态、频率响应等)？在什么工况下？要求输出什么结果？等等。5、评价分析结果 通过Result、Insight二套后处理工具，PATRAN提供了实时动画、等值线、X-Y曲线图，云纹图等强大的后处理功能。四、MSC.NASTRAN简介 MSC.NASTRAN是世界首屈一指的大型通用有限元软件，其使用者已遍及全球，并成功应用于我国的宇航、汽车、电子、承重设备、自行车部件设计、半导体、消费产品、运输、机械等工业部门。1966年美国国家宇航局(N
26、ASA)为了满足当时航空工业对结构分析的迫切需求，主持开发大型应用有限元程序的招标，美国MSC公司参与了整个NASTRAN的开发过程。该软件单元库不断完善，功能不断加强，可在Windows平台上使用，有近70余种单元独特的单元库，可进行静力分析、屈曲分析、动力分析、非线性分析、热传导分析、空气动力弹性及颤振分析、气固耦合分析、多级超单元分析、高级轴对称分析、设计灵敏度及优化分析、复合材料分析等、在计算流体动力学方面不但能进行一般的热传导分析，而且还包括压力容器ASME模块，可对压力容器进行应力线性化分析和疲劳分析，其焊接单元CWELD，可以模拟点焊、螺栓、铆钉等。五、ANSYS简介 ANSYS
27、软件是美国ANSYS公司的产品，该公司成立于1970年，总部位于美国宾州的匹兹堡。该软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元分析软件，它可以广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车、国防军工、电子、土木过程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。该公司在北京、上海、成都相继处理了办事处，构成了ANSYS在中国完整的市场、销售及售后服务体系。它的显著特点是具有独一无二的多场耦合分析功能，可处理高度变形及高度非线性问题(如冲击、爆炸、碰撞、实体成型、板成形)、边界元流体动力学问题(如水下结构振动、气弹颤振分析)。六、六、AD
28、AMS简介简介 ADAMS软件是美国MDI公司开发的机械系统动力学仿真分析软件。工程师、设计人员利用ADAMS软件能够建立和测试虚拟样机，实现在计算机上仿真分析复杂机械系统的运动学和动力学性能。利用ADAMS软件，用户可以快速、方便地创建完全参数化的机械系统几何模型，该模型既可以是在ADAMS软件中直接建造的几何模型，也可以是从其它CAD软件中传过来的造型逼真的几何模型。然后在几何模型上施加力/力矩和运动激励，最后执行一组与实际状况十分接近的运动仿真测试，所得测试结果就是机械系统工作过程的实际运动情况。过去需要数星期、数月才能完成的建造和测试物理样机的工作，现在利用ADAMS软件仅需几个小时就
29、可以完成，并能远在物理样机建造前，就可以知道各种设计方案的样机是如何工作的。所谓虚拟样机技术是指在产品开发设计过程中，将分散的零部件设计和分析技术揉和在一起，在计算机上建造出产品的整体模型，并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析、预测产品的整体性能，进而改进产品设计、提高产品性能的一种新技术。与传统设计和制造技术相比，避免了周而复始的设计试验设计的冗长复杂过程，不仅使设计周期缩短，而且设计成本降低，对企业快速占有市场很有利。1、ADAMS软件的特点：ADAMS软件能够帮助工程师更好地理解系统的运动、解释其子系统或整个系统即产品的设计特性，比较多个设计方案之间的工作性能、预测精确的载荷变
30、化过程、计算其运动路径，以及速度和加速度分布图等。ADAMS将强大的分析求解功能与使用方便的用户界面相结合，使该软件使用起来既直观又方便。其特点如下：利用交互式图形环境和零件库、约束库、力库建 立机械系统三维参数化模型。分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，以及线性和非线性动力学分析，包含刚体和柔性 体分析。具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使 求解快速、准确。具有组装、分析和动态显示不同模型或同一模型 在某一过程变化的能力，提供多种“虚拟样机”方 案。具有一个强大的函数库供用户自定义力和运动发 生器。具有开放式结构，允许用户集成自己的子程序。自动输出位移、速度、加速度和反作用力，仿
31、真 结果显示为动画和曲线图形。可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装 、峰值载荷和计算有限元的输入载荷。支持同大多数CAD、FEA和控制设计软件包之间 的双向通讯。2、ADAMS模块介绍 ADAMS软件由若干模块组成，主要分为核心模块和其它功能扩展模块。具体介绍如下：核心模块：A.用户界面模块(ADAMS/View)是以用户为中心的交互式图形环境，它提供丰富的零件几何图形库、约束库和力库，将便捷的图标操作、菜单操作、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计算、动画显示、优化设计、X-Y曲线图处理、结果分析和数据打印等功能集成在一起。B.求解器模块(ADAMS/Solver)是ADAMS软件的“
32、发动机”，它自动形成机械系统模型的动力学方程，提供静力学、运动学和动力学的解算结果。它有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程问题。C.专用后处理模块(ADAMS/PostProcessor)是ADAMS软件仿真结果的后处理功能。该模块用来输出高性能的动画、各种数据曲线，还可以进行曲线编辑和数字信号处理等，使用户可以方便、快捷地观察、研究ADAMS的仿真结果。其它扩展模块 A.控制模块(ADAMS/Controls)B.可以通过简单的继电器、逻辑与非门、阻尼线圈C.等建立简单的控制机构，也可利用通用控制系统软件D.(如MATLAB)建立控制系统框图，建立包括控制系统E.、液压系统、气动
33、系统和运动机械系统的仿真模型。B.系统模态分析模块(ADAMS/Linear)可以在系统仿真时将系统非线性的运动学或动力学方程进行线性化处理，以快速计算系统的固有频率(特征值)、特征向量和状态空间矩阵，更快更全面地了解系统的固有特性。C.柔性分析模块(ADAMS/Flex)提供ADAMS软件与有限元分析软件之间的双向 数据交换接口。利用它与ANSYS、NASTRAN等软件的接口，可方便地考虑零部件的弹性特性，建立多体动力学模型，以提高系统仿真精度。D.Pro/E接口(MECHANISM/Pro)E.是连接Pro/E与ADAMS之间的桥梁，不需退出F.Pro/E应用环境，就可将装配的总成根据其运
34、动关G.系定义为机构系统，进行系统的运动学仿真，并进H.行干涉检查、确定运动锁止的位置，计算运动副的I.作用力等。E.轿车模块(ADAMS/Car)能快速建造高精度的整车虚拟样机，其中包括车身、悬架、传动系统、发动机、转向机构、制动系统等，通过高速动画直观地再现在各种工况下整车的动力学响应，并输出标志操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数。F.驾驶员模块(ADAMS/Driver)可确定汽车驾驶员的行为特征，确定各种操纵工况(如稳态转向、转向制等)，同时确定转向盘转角和转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器档位等，提高车辆动力学仿真的真实感。G.铁道模块(AD
35、AMS/Rail)专门用于研究铁路机车、车辆、列车和线路相互作用的动力学分析软件。可方便快捷地建立完整的、参数化的机车车辆或列车模型以及各种子系统模型和各种线路模型。3、ADAMS的设计流程 ADAMS的设计流程包括以下五个方面：3.1 创建模型 模型的创建有两种方法：一种是利用零件库创建形状简单的模型，另一种是从其它CAD软件中读取。模型创建完后，要用约束库创建两个物体之间的约束副，以确定物体之间的连接情况及物体之间是如何相对运动的。最后通过施加力和力矩，使模型按照设计要求进行运动仿真 3.2 测试和验证模型 在模型创建完或创建过程中，都可对模型进行运动仿真，通过测试整个模型或模型的一部分，
36、以验证模型的精确程度和正确性。在对模型进行仿真的过程中，ADAMS/View 自动计算模型的运动特性，如距离、速度信息、施加在弹簧上的力及两个物体之间的角度等等。3.3 细化模型和迭代 通过初步的仿真分析，确定了模型的基本运动后，就可以在模型中增加更复杂的因素，以细化模型。例如增加两个物体之间的摩擦力、将刚性体改为弹性体、将刚性约束副替换为弹性联接等等。为了便于比较不同的设计方案，可以定义设计点和设计变量，将模型进行参数化处理，这样就可通过修改参数自动修改整个模型。3.4 优化设计 ADAMS/View可以自动进行多次仿真，每次仿真改变模型的一个或多个设计变量，以便找到机械系统设计的最佳方案。3.5 定制界面 为了使ADAMS/View符合设计环境，可以定制ADAMS/View界面，将经常需要改动的设计参数定制成菜单和便捷的对话窗，还可使用宏命令执行复杂和重复的工作，提高工作速度。第三部分：有限元分析结果演示