ADAMS中接触建模与动力学分析

《ADAMS中的接触建模》 这篇文章由Todd McDevitt, Ph.D., P.E.撰写，发表于2000年7月25日，主要讨论了在多体动力学软件ADAMS中进行接触建模的关键概念和技术。ADAMS是一款广泛应用于机械系统仿真和分析的工具，其接触模型是模拟物理交互的重要组成部分。 首先，文章介绍了问题描述阶段，关注的是刚体之间的动力学相互作用。其中提到的"RigidBody2"和"RigidBody1"代表两个独立的刚体对象，它们之间的力和力矩可以通过EOM（运动方程）来计算。力F和力矩M分别作用于两个刚体上，通过坐标系之间的相对运动（如cF和cr）来表达。此外，还有惯性力和惯性矩的考虑，这些都在动力学分析中起着关键作用。 接着，文中提到"unilateral contact conditions"（单边接触条件），这是ADAMS处理接触的一种重要方式。单边接触意味着只允许一个刚体施加力，而另一个则可能只有受力，例如当一个物体碰撞时，只有一方受到冲击。文章通过符号cF和cM表示这种单边作用的力和力矩，它们遵循特定的关系式，如F2(c) = -F1(c)。 接触kinematics（接触动力学）部分探讨了如何通过"gap function"（间隙函数）来描述两个刚体之间的距离或间隙。间隙函数定义了接触是否发生以及接触状态，通常采用条件判断的形式，如如果间隙小于某个阈值，则认为接触成立。 "Contact basis"（接触基）涉及到了接触点的几何特性，如法向量n和切向量t，它们在确定接触力的方向和大小时至关重要。正常方向的力Ft是根据接触基向量计算得出的，而压缩性接触力则是根据Kuhn-Tucker补足条件来约束的。这些条件确保了在接触时力的合理性和物理现实性，比如防止过度压缩（nopenetration）和保持力的持久性（F0）。 文章最后总结了几个关键的数学关系和约束条件，如F(n) = 0（当没有穿透时力等于零）、npenetration（无穿透）以及noforce0（无力但无穿透）等，这些都是ADAMS接触模型中用于确保正确模拟物理现象的核心要素。 这篇文档深入解析了ADAMS软件中的接触建模方法，包括力学原理、数学表达和约束条件，这对于理解和应用该软件进行复杂机械系统仿真具有很高的价值。理解并掌握这些概念对于工程师来说是至关重要的，因为它直接影响到仿真结果的准确性和可靠性。