1虚拟样机技术概论
1.1 机器设计的一般程序
一台机器的质量基本上取决于设计质量。制造过程对机器质量所起的作用，本质上就在于实现设计时所规定的要求，因此，机器的设计阶段是决定机器好坏的关键。一台新机器从设计到制造，主要经过以下6个阶段。
1. 拟订设计工作计划  
根据市场的需求确定所设计机器的功能要求和性能指标；根据现有的技术、资料及研究成果研究其实现的可能性，明确设计中要解决的关键问题；拟订设计工作计划和任务书。
2. 方案设计
按设计任务书的要求，了解并分析同类机器的设计、生产和使用情况以及制造厂的生产技术水平，研究实现机器功能的可能性，提出可能实现机器功能的多种设计方案。在考虑机器的使用要求、现有技术水平和经济性的基础上，综合运用各方面的知识与经验对各个方案进行分析，通过分析确定原动机，选定传动机构，确定工作机构的工作原理及工作参数，绘制工作原理图，完成机器的方案设计。
3. 技术设计
对已选定的设计方案进行运动学和动力学的分析，确定机构和零件的功能参数，必要时进行模拟试验，确定机器的主要结构尺寸；绘制总装配图、部件装配图和零件工作图。
技术设计主要包括以下几项内容。
1) 运动学设计
根据设计方案，确定原动机的动力参数(如功率和转速)，进行机构设计，确定各构件的尺寸和运动参数。
2) 动力学计算
根据运动学设计的结果，分析、计算出作用在零件上的载荷。
3) 零部件设计
根据零件的失效形式，建立相应的设计准则，通过计算、类比等方法确定零部件的基本尺寸。
4) 总装配草图的设计
根据零部件的基本尺寸和机构的结构关系，设计总装配草图。在综合考虑零件的装配、润滑、加工工艺的基础上，完成所有零部件的结构设计，较精确地计算出作用在零件上的载荷，对主要零件进行校核计算，如对轴进行强度计算，对轴承进行寿命计算等。根据计算结果反复地修改零件的结构尺寸，直到满足设计要求。
5) 总装配图与零部件工作图的设计
根据总装配草图确定零件结构尺寸，完成总装配图与零部件工作图的设计。
4. 编写技术文件
根据技术设计的结果，编写设计计算说明书、使用说明书、生产用表(综合明细表、标准件明细表、外购件明细表)、试车规程等技术文件。
5. 试制、试验、鉴定
试制的样机在生产过程中，要不断地完善设计的图纸以满足加工工艺的要求。
所设计的机器能否实现预期的功能要求，其可靠性、经济性如何等，都必须通过试制样机的生产厂内试验和使用现场试验来加以验证，再经过鉴定，以科学的评价确定是否可以投产或进行必要的改进设计。
6. 定型产品设计
经过试验和鉴定，对设计进行必要的修改后，可进行小批量的试生产。经过实际条件下的使用，根据取得的数据和使用的反馈意见，再进一步修改设计，即定型产品的设计，然后正式投产。整个机械设计过程就是一个不断修改、不断完善以至逐步接近最佳结果的过程。
1.2 虚拟样机技术的基本概念
虚拟样机(Virtual Prototype,VP)技术是在CAD/CAM/CAE技术及多体系统(Multi-body System, MBS)动力学基础上发展起来的系统级的产品建模、仿真与分析技术，近些年综合了取得突破性进展的多领域物理系统(Multi-domain Physical System,MDPS)建模与仿真技术，形成了功能化虚拟样机(Functional Virtual Prototyping, FVP)技术。这项技术自产生后就迅猛发展，并得到多方面的应用。
虚拟样机技术在产品设计开发中，将分散的零部件设计和分析技术融合在一起，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。
虚拟样机技术是面向系统设计的、应用于基于仿真设计过程的技术，包含数字化物理样机(Digital Mock-up)、功能化虚拟样机(Functional Virtual Prototyping)和虚拟工厂仿真(Virtual Factory Simulation)三方面内容。数字化物理样机对应于产品的装配过程，用于快速评估组成产品的全部三维实体模型装配件的形态特性和装配性能；功能化虚拟样机对应于产品分析过程，用于评价已装配系统整体上的功能和操作性能；虚拟工厂仿真对应于产品制造过程，用于评价产品的制造性能。这三者在产品数据管理(PDM)系统或产品全生命周期管理(PLM)系统的基础上实现集成，提供了有效的方法，实现从实体物理样机向软件物理样机的转化，从而有效地支持了虚拟产品开发。
功能化虚拟样机技术是在传统的CAD/CAM/CAE技术基础上发展起来的，CAD/CAM/CAE技术的重点是针对零部件的优化设计，而零部件的最优并不代表产品性能的最优。功能化虚拟样机技术是对整个产品性能进行优化设计，是基于系统的优化设计，能通过虚拟试验精确、快捷地预测产品整机性能。基于多柔体系统理论，解决产品的动力学、变形、强度、寿命等问题；基于多领域物理系统理论，解决复杂产品机、电、液、控等多领域能量流和信号流的传递与控制问题。
虚拟样机技术可使产品设计人员在各种虚拟环境中真实模拟产品整体的运动及受力情况，快速分析多种设计方案，进行对物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直到获得系统的最佳设计方案为止。虚拟样机技术的应用贯穿于整个设计过程中，它可用在概念设计和方案论证中，设计者将自己的经验与想象结合在虚拟样机里，让想象力和创造力得到充分发挥。用虚拟样机替代物理样机验证设计时，不但可以缩短开发周期，而且设计效率也得到了提高。
1.3 虚拟样机技术应用软件
虚拟样机技术在工程中的应用是通过界面友好、功能强大、性能稳定的商业化虚拟样机软件实现的。国外虚拟样机相关技术软件的商业化过程已经完成，目前有20多家公司在这个日益增长的市场上竞争。
在虚拟样机功能实现方面，针对不同的特性内容，存在不同的系统。例如： 在运动学和动力学特性分析与仿真方面，有美国的MSC.ADAMS、比利时的LMS.DADS、德国的SIMPACK、韩国的RecurDyn等；应力疲劳特性分析有FE-SAFE等；非线性变形分析有美国的MSC.NASTRAN、ANSYS、MSC.MARC、HKS.ABAQUS、ADINA等；振动与噪声分析方面有SYSNOISE、AUTOSEA等；有限元分析有ANSYS、MSC.NASTRAN等；大变形碰撞与冲击仿真有LS-DYNA、MSC.DYTRAN等；计算流体动力学有STAR.CD、FLUENT、FLOW.3D等；液压与控制方面有法国的AMESIM、美国的Matlab工具包、美国的MSC.ADAMS工具包等；支持多领域物理系统混合建模与仿真的则有MSC.EASY5、DYMOLA、AMESIM、CRUISE等。
本书采用美国MSC公司的ADAMS软件作为虚拟样机设计的平台。
1.4 ADAMS软件简介
机械系统动力学分析软件(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System,ADAMS)，是美国MDI(Mechanical Dynamics Inc.)公司开发的虚拟样机分析软件，2002年MSC.Software公司以1.2亿美元收购世界最大的机构仿真软件公司MDI公司，ADAMS成为MSC.Software旗下产品。
MSC.ADAMS是世界上应用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具，占据了该领域53%的市场份额。这套完整的分析工具使工程师能够建立机械系统“虚拟样机”，分析其性能，更好地理解机械系统的运动；比较多种设计方案，精确预测载荷变化，计算其运动轨迹、速度和加速度发布等。程序可与CAD、FEA(有限单元法)、CSD(控制系统设计)等软件双向连接，提供了零部件柔性、控制、液压等的建模能力，可进行振动、耐久性分析和多目标、多参数实验设计。
MSC.ADAMS是为汽车、航空、铁道行业开发的专用分析工具，集专业化模板建模和行业标准分析于一体，为用户快速建模、验证设计方案提供了专业的方法。
MSC.ADAMS有以下特色： 
 软件界面友好，操作方便，易学易用；
 三维实体碰撞和冲击分析功能；
 独特的摩擦、间隙分析功能；
 大型、超大型工程问题的求解能力；
 极好的解算稳定性，是唯一支持并行计算的机械系统动力学分析软件；
 独特的振动分析功能，能分析机构任意运动状态下的系统振动性能；
 提供多学科软件接口，包括与CAD、FEA、CSD之间的接口；
 提供凝聚了丰富行业应用经验的专业化产品；
 唯一经过大量的实际工程问题验证的动力学软件。
1. ADAMS软件的系统配置
ADAMS软件可以在以下几种操作系统下安装使用。Windows 9X、Windows Me、Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows 2003. 
2. ADAMS运行界面
确信ADAMS安装成功后可以从开始菜单中，选择“程序|MSC.Software|MSC.Software 2005”菜单项(本书以ADAMS 2005为例)，弹出下一级菜单，如图1-1所示，从中选择需要的模块，以ADAMS/View为例，选择“AView|ADAMS-View”菜单项，进入ADAMS/View运行界面，如图1-2所示。
图1-1 选择需要的模块
图1-2 ADAMS/View运行界面
3. ADAMS的帮助文档 
对ADAMS的初学者来说，Help(帮助)文档是非常重要的，通过帮助文档，用户可以了解如何使用软件及在使用软件过程中应注意的事项，系统只提供了英文帮助。帮助文档有Help(帮助)文档和Online Help(在线帮助)文档。
1)  帮助文档
打开ADAMS任何一个模块后，在菜单栏中会有“Help”菜单。以ADAMS/View模块为例，打开ADAMS/View工作界面，选择菜单栏中的“Help”菜单，如图1-3所示。选择“ADAMS/View Help”命令可以浏览View模块的帮助文档，如图1-4所示。在“Help”菜单栏中输入要查看的内容。如果要浏览其他模块的帮助文档，选择“Other Product Help”选项。
图1-3 选择Help菜单
图1-4 ADAMS/View模块的帮助文档
2)  在线帮助文档
除了在每个模块的运行界面中进入帮助文档外，用户还可以在启动任何模块状态下直接进入在线帮助。方法是： 从开始菜单中选择“程序|MSC.Software|MSC.Software 2005”命令，弹出下一级菜单如图1-1所示，从中选择“ADAMS-Online Help" ，弹出如图1-5所示界面，在窗口的左侧栏中选择要查看的模块帮助。
图1-5 选择要在线帮助的模块
4. 应用ADAMS软件进行虚拟样机设计的基本步骤
应用ADAMS软件进行虚拟样机设计的基本步骤如图1-6所示。
图1-6 虚拟样机设计的基本步骤
应用ADAMS软件来创建和测试模型，一般遵循以下7个步骤： 
(1) 创建一个包括运动件、运动副、柔性连接和作用力等在内的机械系统模型； 
(2) 通过模拟仿真模型在实际操作过程中的动作来测试所建模型； 
(3) 通过将模拟仿真结果与物理样机试验数据对照比较来验证所设计的方案； 
(4) 细化模型，使仿真测试数据符合物理样机试验数据； 
(5) 深化设计，评估系统模型针对不同设计变量的灵敏度； 
(6) 优化设计方案，找到能够获得最佳性能的最优化设计组合； 
(7) 使各设计步骤自动化，以便能迅速地测试不同的设计可选方案。
1.5 ADAMS的模块介绍
ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，如表1-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。表1-1 ADAMS软件模块基本模块用户界面模块ADAMS／View求解器模块ADAMS／Solver后处理模块ADAMS／PostProcessor扩展模块液压系统模块ADAMS/Hydraulics振动分析模块ADAMS/Vibration线性化分析模块ADAMS/Linear高速动画模块ADAMS/Animation试验设计与分析模块ADAMS/Insight耐久性分析模块ADAMS/Durability数字化装配回放模块ADAMS/DMU Replay接口模块柔性分析模块ADAMS/Flex控制模块ADAMS/Controls图形接口模块ADAMS/ExchangeCATIA专业接口模块CAT/ADAMSPro/E接口模块Mechanical/Pro专业领域模块轿车模块ADAMS/Car悬架设计软件包Suspension Design概念化悬架模块CSM驾驶员模块ADAMS/Driver动力传动系统模块ADAMS/Driveline续表
专业领域模块轮胎模块ADAMS/Tire柔性环轮胎模块FTire Module柔性体生成器模块ADAMS/FBG经验动力学模型EDM发动机设计模块ADAMS/Engine配气机构模块ADAMS/Engine Valvetrain正时链模块ADAMS/Engine Chain附件驱动模块Accessory Drive Module铁路车辆模块ADAMS/RailFORD汽车公司专用汽车模块ADAMS/Pre（现改名为Chassis) 工具箱软件开发工具包ADAMS/SDK虚拟试验工具箱Virtual Test Lab虚拟试验模态分析工具箱Virtual Experiment Modal Analysis钢板弹簧工具箱Leafspring Toolkit飞机起落架工具箱ADAMS/Landing Gear履带/轮胎式车辆工具箱Tracked/Wheeled Vehicle齿轮传动工具箱ADAMS/Gear Tool1. 基本模块
1)  用户界面模块(ADAMS/View)    
ADAMS/View是ADAMS系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的交互式图形环境，将图标操作、菜单操作、鼠标单击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。
ADAMS/View采用简单的分层方式完成建模工作，采用Parasolid内核进行实体建模，提供了丰富的零件几何图形库、约束库和力/力矩库，支持布尔运算、支持FORTRAN/77和FORTRAN/90中的函数。除此之外，还提供了丰富的位移函数、速度函数、加速度函数、接触函数、样条函数、力/力矩函数、合力/力矩函数、数据元函数、若干用户子程序函数以及常量和变量等。
在ADAMS/View中，用户利用Table Editor，可像用Excel一样方便地编辑模型数据，同时还提供了Plot Browser和Function Builder工具包。DS(设计研究)、DOE(实验设计)及OPTIMIZE(优化)功能可使用户方便地进行优化工作。
ADAMS/View具有高级编程语言，支持命令行输入命令，有丰富的宏命令以及快捷方便的图标、菜单。ADAMS/View有强大的二次开发功能，用户可创建和修改工具包。
2)  求解器模块 (ADAMS/Solver)
ADAMS/Solver是ADAMS系列产品的核心模块之一，是ADAMS产品系列中处于核心地位的仿真器。该软件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。ADAMS/Solver有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问题。
ADAMS/Solver可以对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和控制系统研究，用户除要求软件输出位移、速度、加速度和力外，还可要求模块输出用户自己定义的数据。用户可以通过运动副、运动激励、高副接触、用户定义的子程序等添加不同的约束。用户同时可求解运动副之间的作用力和反作用力，或施加单点外力。
ADAMS/Solver具有强大的二次开发功能，支持C++, FORTRAN，可按照用户需求定制求解器，可满足用户的不同需求。
3)  后处理模块(ADAMS/PostProcessor)
ADAMS/PostProcessor用来处理仿真结果数据、显示仿真动画，还可进行曲线编辑和数字信号处理等，用户可方便、快捷地观察、研究ADAMS仿真结果。
ADAMS/PostProcessor既可以在ADAMS/View环境中运行，也可脱离ADAMS/View独立运行。其主要特点如下： 
(1) 采用快速高质量的动画显示，便于从可视化角度深入理解设计方案的有效性；
(2) 使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速检索对象；
(3) 具有丰富的数据作图、数据处理及文件输出功能；
(4) 具有灵活多变的窗口风格，支持多窗口画面分割显示及多页面存储；
(5) 多视窗动画与曲线结果同步显示，并可录制成电影文件；
(6) 具有完备的曲线数据统计功能： 如均值、均方根、极值、斜率等；
(7) 具有丰富的数据处理功能，能够进行曲线的代数运算、反向、偏置、缩放、编辑和生成波特图等；
(8) 为光滑消隐的柔体动画提供了更优的内存管理模式；
(9) 强化了曲线编辑工具栏功能；能支持模态形状动画，模态形状动画可记录的标准图形文件格式有： *.gif, *.jpg, *.bmp, *.xpm, *.avi 等；
(10) 在日期、分析名称、页数等方面增加了图表动画功能；可进行几何属性细节的动态演示。
ADAMS/PostProcessor的主要功能包括： 
(1) 为用户观察模型的运动提供了所需的环境，用户可以向前、向后播放动画，随时中断播放动画，而且可以选择最佳观察视角，从而使用户更容易地完成模型排布任务；
(2) 为了验证ADAMS仿真分析结果数据的有效性，可以输入测试数据，并将测试数据与仿真结果数据进行绘图比较，还可对数据结果进行数学运算、对输出进行统计分析；
(3) 用户可以对多个模拟结果进行图解比较，选择合理的设计方案；
(4) 可以帮助用户再现ADAMS中的仿真分析结果数据，以提高设计报告的质量；
(5) 可以改变图表的形式，也可以添加标题和注释；
(6) 可以载入实体动画，从而加强仿真分析结果数据的表达效果；
(7) 可以实现在播放三维动画的同时，显示曲线的数据位置，从而可以观察运动与参数变化的对应关系。
2. 扩展模块
1)  液压系统模块(ADAMS/Hydraulics)
应用ADAMS/Hydraulics模块，可以创建机械系统与液压回路之间相互作用的模型，设置系统的运行特性，可进行各种静态、模态、瞬态和动态分析，能够精确地对由液压元件驱动的机械系统进行动力学仿真分析。首先在ADAMS/View中建立液压回路框图，然后通过液压驱动元件如液压油缸将其连接到机械系统模型中，最后选取最适当的、功能最强的求解器仿真分析整个系统的性能。用户同时使用ADAMS/Hydraulics和ADAMS/Controls，可以提供阀体的反馈控制输入。液压系统与机械系统之间的相互作用在计算机内被有机地集成为一体，可以方便地进行系统的装配和仿真试验。
2)  振动分析模块(ADAMS/Vibration)
ADAMS/Vibration是进行频域分析的工具，可用来检测ADAMS模型的受迫振动。所有输入/输出都将在频域内以振动形式描述，该模块可作为ADAMS运动仿真模型从时域向频域转换的桥梁。运用ADAMS/Vibration可以实现各种子系统的装配，并进行线性振动分析，然后利用功能强大的后处理模块ADAMS/PostProcessor进一步作出因果分析与设计目标设置分析。
3)  线性化分析模块(ADAMS/Linear)
ADAMS/Linear是ADAMS的一个集成可选模块，可以在进行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，以便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，使用户能更快、更全面地了解系统的固有特性。
4)  高速动画模块(ADAMS/Animation)
ADAMS/Animation是ADAMS的一个集成可选模块，使用户能借助于增强透视、半透明、彩色编辑及背景透视等方法精细加工所形成的动画，增强动力学仿真分析结果动画显示的真实感。用户既可以选择不同的光源，并交互地移动和改变光源强度，还可以将多台摄像机置于不同的位置和角度同时观察仿真过程，从而得到更完善的运动图像。该模块还提供干涉检测工具，可以动态显示仿真过程中运动部件之间的接触干涉，帮助用户观察整个机械系统的干涉情况；同时还可以动态测试所选的两个运动部件在仿真过程中距离的变化。
5)  试验设计与分析模块(ADAMS/Insight)
应用ADAMS/Insight，可以规划和完成一系列仿真试验，从而精确地预测所设计的复杂机械系统在各种工作条件下的性能，并提供了对试验结果进行各种专业化统计分析工具。ADAMS/Insight是选装模块，既可以在ADAMS/View、ADAMS/Car、ADAMS/PostProcessor环境中运行，也可脱离ADAMS环境单独运行。工程师在拥有这些工具后，就可以对任何一种仿真进行试验方案设计，精确地预测设计的性能，得到高品质的设计方案。
6)  耐久性分析模块(ADAMS/Durability)
耐久性试验是产品开发的一个关键步骤。耐久性试验能够解答“机构何时报废或零部件何时失效”这个问题，它对产品零部件性能、整机性能都具有重要影响。MDI公司已经与MTS公司及nCode公司合作，共同开发ADAMS/Durability，使之成为耐久性试验的完全解决方案。
ADAMS/Durability按工业标准的耐久性文件格式对时间历程数据接口进行了一次全新的扩展。目前，该模块支持两种时间历程文件格式： nSoft和MTS的RPC3. ADAMS/Durability可以把上述文件格式的数据直接输入到ADAMS仿真模块中去，或把ADAMS的仿真分析结果输出到这种文件格式中来。
nCode公司的nSoft耐久性分析软件可以进行应力寿命、局部应变寿命、裂隙扩展状况、多轴向疲劳及热疲劳特征、振动响应、各种焊接机构强度等分析。ADAMS/Durability把以上技术集成在一起，从而使虚拟样机检测系统耐久性成为现实。
7)  数字化装配回放模块(ADAMS/DMU Replay)
ADAMS/DMU(Digital Mock-up)Replay模块是MDI公司与Dassault Systems合作，针对CATIA的用户推出的全新模块，是运行在CATIA V5中的应用程序，可通过CATIA V5的界面访问。该模块是ADAMS与CATIA之间数据通信的桥梁。利用它可以把其他ADAMS产品(如CAT/ADAMS)中得到的分析结果导入到CATIA中进行动画显示。
3. 接口模块
1)  柔性分析模块(ADAMS/Flex)
ADAMS/Flex是ADAMS软件包中的一个集成可选模块，提供了与ANSYS、MSC.NASTRAN、ABAQUS、I-DEAS等软件的接口，可以方便地考虑零部件的弹性特性，建立多体动力学模型，以提高系统仿真的精度。ADAMS/Flex模块支持有限元软件中的MNF(模态中性文件)格式。结合ADAMS/Linear模块，可以对零部件的模态进行适当的筛选，去除对仿真结果影响极小的模态，并可以人为控制各阶模态的阻尼，进而大大提高仿真的速度。同时，利用ADAMS/Flex模块，还可以方便地向有限元软件输出系统仿真后的载荷谱和位移谱信息，利用有限元软件进行应力、应变以及疲劳寿命的评估分析和研究。
2)  控制模块(ADAMS/Controls)
ADAMS/Controls是ADAMS软件包中的一个集成可选模块。在ADAMS/Controls中，设计师既可以通过简单的继电器、逻辑与非门、阻尼线圈等建立简单的控制机构，也可利用通用控制系统软件(如： Matlab、MATRIX、EASY5)建立的控制系统框图，建立包括控制系统、液压系统、气动系统和运动机械系统的仿真模型。
3)  图形接口模块(ADAMS/Exchange)
ADAMS/Exchange是ADAMS/View的一个集成可选模块，其功能是利用IGES、STEP、STL、DWG/DXF等产品数据交换库的标准文件格式完成ADAMS与其他CAD/CAM/CAE软件之间数据的双向传输，从而使ADAMS与CAD/CAM/CAE软件更紧密地集成在一起。
ADAMS/Exchange可保证传输精度、节省用户时间、增强仿真能力。当用户将CAD/CAM/CAE软件中建立的模型向ADAMS传输时，ADAMS/Exchange自动将图形文件转换成一组包含外形、标志和曲线的图形要素，通过控制传输时的精度，可获得较为精确的几何形状，并获得质量、质心和转动惯量等重要信息。用户可在其上添加约束、力和运动等，这样就减少了在ADAMS中重建零件几何外形的要求，节省建模时间，增强了用户观察虚拟样机仿真模型的能力。
4)  CATIA专业接口模块(CAT/ADAMS)
为了使ADAMS更方便地与CATIA进行数据交换，Dassault Systems公司与美国MDI公司在著名汽车公司BMW、Chrysler和Peugeot等的大力支持下开发了CAT/ADAMS. 
应用CAT/ADAMS可将ADAMS虚拟样机技术有机地融入CATIA之中，即同时将CATIA的运动学模型、几何图形和其他实体信息方便地传递至ADAMS；可以对整个产品进行动力学分析，并将分析结果反馈给CATIA；可以进行碰撞检测和间隙影响研究。采用这样的接口可以改进仿真精度、提高工程分析的速度和效率，从而快速评价多种设计方案。
5)  Pro/E接口模块(Mechanical/Pro)
Mechanical/Pro是连接Pro/E与ADAMS之间的桥梁。二者采用无缝连接的方式，使Pro/E用户不必退出其应用环境，就可以将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统，进行系统的运动学仿真，并进行干涉检查、确定运动锁止的位置、计算运动副的作用力。
Mechanical/Pro是采用Pro/Develop工具创建的，因此Pro/E用户可以在其熟悉的CAD环境中建立三维机械系统模型，并对其运动性能进行仿真分析。通过一个按键操作，可将数据传送到ADAMS中，进行全面的动力学分析。
4. 专业领域模块
1)  轿车模块(ADAMS/Car)
ADAMS/Car是MDI公司与Audi、BMW、Renault和Volvo等公司合作开发的整车设计软件包，集成了它们在汽车设计、开发方面的专家经验，能够帮助工程师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，工程师可以通过高速动画直观地再现在各种试验工况下(例如： 天气、道路状况、驾驶员经验)整车的动力学响应，并输出操纵稳定性、制动性、乘坐舒适性和安全性的特征参数，从而减少对物理样机的依赖，而仿真时间只是进行物理样机试验的几分之一。
ADAMS/Car中包括整车动力学模块(Vehicle Dynamics)和悬架设计模块(Suspension Design)，其仿真工况包括： 方向盘阶跃、斜坡和脉冲输入、蛇行穿越试验、漂移试验、加速试验、制动试验和稳态转向试验等，同时还可以设定试验过程中的节气门开度、变速器挡位等。
2)  驾驶员模块(ADAMS/Driver)
ADAMS/Driver是ADAMS软件包中的一个可选模块，该模块是在德国的IPG-Driver基础上，经过二次开发而形成的成熟产品。利用ADAMS/Driver，用户可以确定汽车驾驶员的行为特征，确定各种操纵工况(例如： 稳态转向、转弯制动、ISO变线试验、侧向风试验等)，同时确定方向盘转角或转矩、加速踏板位置、作用在制动踏板上的力、离合器的位置、变速器挡位，提高车辆动力学仿真的真实感。当同时使用ADAMS/Tire模块和ADAMS/Driver模块时，设计人员还可以研究车辆沿倾斜弯道、坡道及崎岖不平路面行驶时的三维动力学响应。
3)  动力传动系统模块(ADAMS/Driveline)
动力传动系统是ADAMS推出的全新模块，利用此模块，用户可以快速地建立、测试具有完整传动系统或传动系统部件的数字化虚拟样机，也可以把建立的数字化虚拟样机加入到ADAMS /Car中进行整车动力学性能的研究。ADAMS/Driveline从ADAMS /Car继承了关键的特征，如模板、参数以及可扩展的仿真环境，与ADAMS /Car和ADAMS /Engine一起构成完整的车辆仿真工具。
使用ADAMS/Driveline模块，可以快速创建完整的、参数化的传动系统，研究扭矩的传递以及分配，传动系统的装配以及振动分析等性能，也可预测部件的疲劳寿命，获得NVH(振动、噪声、冲击)特性。
4)  轮胎模块(ADAMS/Tire)
ADAMS/Tire是研究轮胎/道路相互作用的建模可选模块。利用该模块，工程师可以更方便地计算侧向力、自动回正力矩及由于路面不平而产生的力，进行装备不同轮胎的整车在各种路面条件下的多组道路试验。
ADAMS/Tire可以计算轮胎为克服滚动阻力而受到的垂向、纵向和侧向载荷；仿真研究车辆在制动、转向、加速、滑行、滑移等大变形工况下的动力学特性；研究车辆的稳定性，计算汽车的偏转、俯仰和侧倾特性；其输出力和加速度数据可以作为有限元软件包的输入载荷进行相应的应力和疲劳特性研究。
5)  经验动力学模型(EDM)
虚拟样机功能的巨大发展归功于MDI公司与MTS系统公司共同开发的经验动力学(Empirical Dynamics Models,EDM)模型。利用EDM，可快速建立基于试验数据的高精度弹性件模型，特别是在设计复杂的悬架、阻尼器、衬套、发动机悬置和轮胎等。以前复杂模型的建立依赖于零部件的详细几何、物理属性以及物理特性。由于EDM是基于试验数据的，能进行自我校验，减少了试验验证工作，大大节约了计算时间。经验动力学模型易于生成和使用，不仅适用于部件装配，也适用于系统装配。
6)  发动机设计模块(ADAMS/Engine)
ADAMS/Engine的主要功能是为工程师提供传动系统快速建模与仿真的专业化工具。ADAMS/Engine是为建造和测试发动机虚拟样机而开发的软件环境。利用它，用户可以在产品开发的各个阶段快速地优化传动系统的单个零件、子系统以及整个系统的性能。
ADAMS/Engine模块是ADAMS/Car模块的重要补充，主要是建立发动机配气系统的专业化仿真环境，并将增加正时系统、传送带、曲轴、连杆和活塞系统的仿真试验功能。通过ADAMS/Engine与ADAMS/Car的有机结合，可以建立一个集整车动力学、悬架设计和发动机系统优化的完整集成仿真环境。
7)  铁路车辆模块(ADAMS/Rail)
ADAMS/Rail是由美国MDI公司、荷兰铁道组织(NS)、Delft工业大学以及德国ARGE CARE公司合作开发的，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。用户可以利用ADAMS/Rail方便快速地建立完整的、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，并根据用户分析目的的不同而定义相应的轮轨接触模型；然后自动组装成用户所需要的系统模型，执行相应的分析；进而可以进行诸如机车车辆稳定性临界速度、曲线通过性能、脱轨安全性、牵引/制动特性、轮轨相互作用力、随机响应性能和乘客舒适性指标以及纵向列车动力学等问题的研究。
5. 工具箱
1)  软件开发工具包(ADAMS/SDK)
ADAMS/SDK(Software Development Kit)是ADAMS软件的开发工具包。利用ADAMS/SDK，用户可以把运动仿真功能完全集成到自己的软件包中，也可以为已有的产品增加更强的运动仿真能力。集成后的工具包与ADAMS具有同样的仿真分析功能。
ADAMS/SDK使用流行的C或C++语言作为编程接口环境。可以快速、简单、有效地在用户的软件包中增加运动仿真功能。用户通过集成ADAMS在各行业中已验证的经验，可以大大地节省在运动仿真开发方面的投资。
2)  虚拟试验工具箱(Virtual Test Lab)
为了加快汽车模型以及零部件的验证过程，缩短产品的开发周期，MDI与MTS公司合作开发了虚拟试验工具箱(Virtual Test Lab, VTL)与EDM。利用EDM，可快速建立高精度模型，显著提高仿真精度。而使用VTL，用户可以在设计与验证的过程中，预测疲劳、车辆动力性、操纵性、乘坐舒适性以及噪声和振动特性。VTL, EDM与ADAMS虚拟样机相结合，大大加速了虚拟样机技术的发展。
VTL使用与物理样机测试相同的界面和分析技术，在设计开发的早期，即在物理样机或物理试验系统建立之前，就可对系统性能进行预先评估，使设计中的问题和错误提前暴露，保证设计的可靠性并减少潜在的拖延。同时利用VTL测试分析，可使设计工程师、分析工程师、试验工程师更好地协同工作，也为新员工提供了有用的试验训练工具。
3)  钢板弹簧工具箱(Leafspring Toolkit)
钢板弹簧是车辆上应用十分广泛的悬梁形式之一。MDI公司开发的ADAMS钢板弹簧工具箱采用先进的离散梁单元法为工程师提供了高质量的钢板弹簧建模环境，已经成功通过数十家用户的上千次验证。
钢板弹簧工具箱包括了各种钢板弹簧的形式，包括对称式结构或非对称式结构、单片簧或多片簧、吊耳处于压缩或拉伸状态、钢板弹簧的正吊或反吊状态、钢板弹簧与车架连接的多种方式、吊耳与车架连接的多种方式。应用钢板弹簧工具箱，能够根据物理样机数据进行分析，能应用虚拟试验台进行仿真试验，能验证钢板弹簧力-变形曲线及钢板弹簧在承载状态下的形状，并进行钢板弹簧片间摩擦的研究。
4)  履带/轮胎式车辆工具箱(Tracked/Wheeled Vehicle)
ATV工具箱是ADAMS用于履带/轮胎式车辆的专用工具箱，是分析军用或商用履带/轮胎式车辆各种动力学性能的理想工具。
通过ATV工具箱可以将CAD软件中的车辆模型直接传到ADAMS中，然后与履带/车轮及地面模型直接装配成系统模型。利用ADAMS仿真工具，可以研究车辆模型在各种路面、不同车速和使用条件下的动力学性能。利用经过验证的参数化模型，可以研究在各种使用条件下系统参数对整个车辆性能的影响，并确定所需性能的参数值。
5)  齿轮传动工具箱(ADAMS/Gear Tool)
ADAMS/Gear工具箱可以快速地计算齿轮之间的传动特性，捕捉齿轮在啮合前、后的动力学行为，可以在一个模型中研究直齿、斜齿及其摩擦的动力学性能，方便快捷地对轮系(包括行星轮系)进行仿真。它包括一个对话框、三个宏、一个gforsub(G-Force子程序)和三个Fortran文件。
ADAMS/Gear工具箱建模方便，仅需标准齿轮参数(齿轮模数、节圆直径等)即可；能够利用渐开线函数方程计算齿廓几何形线、啮合点、齿轮啮合力(内齿和外齿)；能够通过对轴距和齿厚的改变来模拟锥齿传动；可以考虑齿轮轴的弹性和非绕齿轮中心轴线转动的齿轮传动等。  2ADAMS/View的界面及基本功能2.1 ADAMS/View的界面1. ADAMS/View的欢迎和设置对话框  双击桌面上的ADAMS/View快捷图标或单击开始菜单中的“开始|程序|MSC.Software|AView/View" ，出现欢迎对话框，如图2-1所示。
图2-1 ADAMS/View的欢迎对话框
欢迎对话框分为3个区。
(1) 操作区域： 选择要进行的操作。
包括4个选项： 
 Create a new model:  新建一个模型，进入ADAMS/View环境。
 Open an existing database:  打开一个已经建立的模型。
 Import a file:  调入一个ADAMS/View命令文件或者ADAMS/Solver数据文件。
 Exit:  结束程序，退出ADAMS. 
(2) 目录区： 设置工作路径。
单击按钮可以选择工作目录，以后所有操作都将默认为在此指定的目录下进行。
(3) 设置区： 在操作区选中“Create a new model”选项才被激活，用户可以在“Model name”文本框中定义模型名称，在“Gravity”项中设置重力加速度，在“Units”项中设置建模的单位。ADAMS基础与应用实例教程第2章 ADAMS/View的界面及基本功能  其中，重力加速度的设置有3个选项： 
 Earth Normal(-Global Y):  设置重力加速度大小为1g，方向为-Y方向。
 No Gravity:  不设置重力加速度。
 Other:  用户根据具体情况自定义设置重力加速度。此时，单击欢迎对话框中“OK”按钮后，将显示设置重力加速度对话框。
此处ADAMS提供了常用的4种单位设置预定义选项： 
 MMKS:  毫米、千克、秒。
 MKS:  米、千克、秒。
 CGS:  厘米、克、秒。
 IPS:  英寸、磅、秒。
如果对上述各选项不设置，ADAMS/View将使用默认的模型名称和单位设置。
2. ADAMS/View的界面
启动ADAMS/View后，ADAMS/View关闭欢迎对话框，并进入ADAMS/View的主窗口界面。如图2-2所示，ADAMS/View的主窗口由标题栏、菜单栏、主工具箱、工作栅格、状态栏、坐标窗口、视图标记等组成，下面将进行详细介绍。
图2-2 ADAMS/View主窗口
(1) 标题栏： 显示ADAMS的功能模块名字及版本信息。
(2) 菜单栏： ADAMS/View的菜单栏采用了Windows的菜单风格，包括了ADAMS/View的所用主菜单名称，每个主菜单下都有下拉菜单，其下拉菜单中包括了相应的子菜单和操作命令，将鼠标移动到相应的菜单上就会自动显示其下一级子菜单。菜单栏几乎包括了ADAMS/View的所有命令，例如对文件的操作、编辑、视图、建模、仿真分析、回放仿真分析结果、各种设置、各种工具、帮助等。
子菜单又会根据不同的功能分成几组，组与组之间用线分开，每个菜单命令一般又由两部分组成： 一是命令名称；二是相应的命令快捷键。用户可以通过选取命令菜单来执行命令，也可以通过快捷键来执行。
(3) 主工具箱(Main Toolbox):  ADAMS/View的主工具箱中包含了各种常用命令的快捷图标，如图2-3所示。主工具箱分成两大部分，第一部分为上部的12个图标，为几何建模图标、添加约束图标、施加载荷图标、设置对象颜色图标、仿真分析图标、动画播放图标、绘制曲线图快捷图标等。其余为第二部分，这部分随当前所处的选项不同而不同，当选中选择图标时，为视图图标；当选中别的图标时，则为相应命令图标的参数设置窗口。在这些图标中，有的图标的右下角有一个三角形标志，表示这是一个命令集，其还包含子图标。将鼠标移到这种图标上，单击鼠标右键，会弹出该图标包含的所有子图标。在相应的子图标上单击鼠标左键，即可选定该子图标，进行相应命令的执行，如果双击鼠标左键，则可以重复执行该命令。
(4) 工作栅格(Grid):  在工作屏幕区可以设置显示工作栅格，以利于建模，也可以设置不显示。工作栅格的形状和栅格点之间的距离也可以进行设置。选择“Settings|Working Grid”菜单项，弹出“Working Grid Settings" (调整栅格)对话框，如图2-4所示。
图2-3 ADAMS/View主工具箱
图2-4 “调整栅格”对话框
(5) 状态栏(Status Toolbar):  显示操作过程中各种信息和提示。
(6) 坐标窗口(Coordinates):  选择“View|Coordinates Window”菜单项，或单击工作区后，按F4键可以显示坐标窗口，显示当前光标所在位置处的三维坐标值，图2-5 坐标窗口
如图2-5所示。
(7) 视图标记： 通常在工作屏幕区的左下方，如图2-6所示。
可以显示一个表示当前系统的地面坐标系方向的三维坐标。若要调整视图方向，可以通过选择工具箱中的视图按钮，如图2-7所示。
在View菜单中选择“Toolbox and Toolbars”项，显示“Tool Settings”对话框，可以设置打开或关闭主工具箱、快捷工具栏和状态栏，如图2-8所示。图2-6 视图标记
图2-7 视图按钮
图2-8  "Tool Settings”对话框
2.2 命令输入方式
选择和输入ADAMS/View命令有5种常用的方法： 主工具箱、菜单命令、弹出式菜单、快捷工具栏和命令窗口。
1. 主工具箱方式
主工具箱如图2-3所示，是最常用的命令输入方式之一。主工具箱上部的12个图标是建模和仿真工具，下面的其他图标是视图工具。主工具箱中的命令集有多个层次，在主工具箱栏中，左下角有一个小三角形的图标，表示这是一个命令集合。将鼠标移至有一个小三角形的图标，按住右键，可以弹出该图标命令包含的所有命令的子工具箱。按住右键，将鼠标移至子工具箱有关命令的图标，然后释放右键，即可以选择子工具箱中的命令。
在主工具箱中所见的图标，是下一层次命令集合的默认命令，直接单击主工具箱中的图标，可以选择该默认命令。
主工具箱上部12个图标所代表的命令见表2-1. 表2-1 主工具箱图表工具默认图标位置(I,J)说  明默认图标位置(I,J)说  明1,1选择命令3,1颜色设置命令集1,2几何建模工具集3,2运动约束工具集1,3测量距离和角度工具集3,3回放仿真分析结果命令2,1后退或再做一次命令集4,1移动对象命令集2,2约束工具集4,2施加力工具集2,3仿真分析命令4,3调用后处理模块命令  注：  表中位置I表示行数，J表示列数。如果要经常使用某些命令集，可以设置浮动命令板。将鼠标移至主工具箱的命令集图标，按住右键，将鼠标移至工具箱的显示浮动命令板工具图标集，然后释放右键，即可产生该命令集的浮动命令板。
要放弃当前的选择，回到选择其他命令状态，可以按Esc键，或选择工具. 
2. 菜单命令方式
ADAMS/View主窗口上部的命令菜单栏，包含有ADAMS/View程序的全部命令。对于主工具箱中不包含的命令，可以在命令菜单中选择输入。有以下几种输入菜单命令的方法： 
(1) 用鼠标选择菜单中的有关命令。
(2) 在按下Alt键的同时，按下菜单标题中下划线的字母键，选择相关菜单，再用同样方法选择命令。
(3) 按F10键激活File菜单，然后用箭头键来移动选择有关菜单和命令。
(4) 使用命令快捷键。部分常用的快捷键命令见表2-2. 表2-2 ADAMS/View使用的命令快捷键快捷键功 能 说 明快捷键功 能 说 明F1显示帮助窗口Ctrl+E修改对象F3显示命令窗口Ctrl+Z放弃最后一步操作F4显示坐标窗口Ctrl+Q退出ADAMS/ViewF5显示菜单G切换显示工作栅格F8显示绘图窗口R绕XY方向旋转视图Ctrl+N创建一个新的数据库T移动视图Ctrl+O打开一个已有数据库W定义视图区域Ctrl+S保存当前数据库C设置视图中心Ctrl+C复制对象F显示整个样机的视图Ctrl+V粘贴对象Del删除对象Ctrl+X剪切对象Esc放弃操作
3. 快捷工具栏方式
快捷工具栏设置了一些最基本的文件和编辑命令的快捷按钮，其中有些快捷按钮包含多个命令。同主工具箱的操作相同，将鼠标移至有一个小三角形的快捷按钮，按住右键，可以弹出该图标命令包含的所有命令的命令集。按住右键，将鼠标拖至有关命令，然后释放右键，即可以选择该命令集中的命令。
快捷工具栏中的部分快捷图标命令的意义可以参见表2-3. 表2-3 快捷工具栏图标命令图标命令说  明选择放弃当前选择的对象，将程序设置为可以重新选择对象的状态重设读入新的数据库，重新设置样机保存将当前的数据库存盘复制复制所选的对象打印打印屏幕后退放弃最后一次的操作再后退再做一次后退操作颜色设置颜色命令集，其中含有15种不同的颜色供选择视图方向视图方向命令集，其中含有7种不同的视图方向设置供选择
4. 命令窗口方式
对于高级用户，可以在命令窗口中使用ADAMS/View命令语言，采用文字的方式输入命令。也可以利用命令浏览器输入命令。熟悉使用命令窗口输入命令和使用命令浏览器输入命令以后，你将体会到这是一种非常方便的命令输入方法。采用文字方式输入的命令，由命令名和命令参数组成，其格式如下：   {key words}{parameters=values}其中，key words表示命令名称，对应于命令菜单中的各种命令；parameters表示命令参数，对应于命令输入对话框中的各种选择；values表示数值，对应于命令输入对话框中的各种输入或选择值。
在View菜单，选择“Command Window”命令，可以显示命令窗口，如图2-9所示。关于使用命令窗口输入命令的详细操作方法可以参见用户手册。
图2-9 命令窗口
在Tools工具栏，选择“Command Navigator”命令，可以显示命令浏览器窗口，如图2-10所示。在浏览器窗口中可以浏览显示所有的ADAMS/View命令。如果需要输入某个命令的参
图2-10 命令浏览器窗口