实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟
一、实验目的
1．掌握多体动力学分析软件ADAMS 中实体建模方法；
2．掌握ADAMS 中施加约束和驱动的方法；
3．计算出弹簧阻尼机构运动时，弹簧振子的位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力的对应关系。

二、实验设备和工具
1．ADAMS 软件；
2．CAD/CAM 机房。

三、实验原理
按照弹簧阻尼器机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构的实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块的几何实体模型；质量块的运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块的参数可以进行多次不同状态下的模拟。

四、实验步骤
1．问题描述 图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M 为振子，质量为187.224kg ；弹簧刚度K ＝5N/mm ，阻尼器阻尼为C ＝0.05N/mm ，弹簧空载长度为400mm ，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A 处的支撑力。

2. 启动
ADAMS
M ：187.224Kg
K ：5.0N/mm
C ：0.05N-sec/mm
L0：400mm
F0：0
图3-1 弹簧阻尼器机构示意图
2.1 运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Create a new model, Model name 输入spring_mass；
2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。

3. 建立几何模型
3.1单击F4显示坐标窗口；
3.2在主工具箱中选择Box 工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；
3.3 在屏幕任意位置点击鼠标创建质量块；
3.4 右键点击质量块，选择part_2，然后选择Rename，更名为mass；
3.5 右键点击质量块，选择mass，然后选择Modify。

在打开的对话框中修改Define mass by 项为User Input，在Mass栏输入187.224；
3.6 选择右视图按钮查看质量块的位置，进行调整栅格位于质量块的中心。

选择Edit菜单下的Move项，在对话框中选择Relocate the项为Part，右键点击右侧文本框选择Part，出现Guesses然后选择mass ,如图3-2所示。

图3-2 选择移动质量块
3.7 在Translate下方的数字栏中输入-100，或者输入100再单击前面的按钮，如图3-3所示；
图3-3 移动对话框
3.8 设置完毕后，单击Z 轴方向按钮，使质量块中心位于工作栅格位置，选择正视按钮，显示栅格便于建模；
4. 施加运动副
为了确保质量块的运动只沿Y 轴移动，添加一平动副。

选择工具箱中的平动副按钮，选择质量块和大地为对象，Y 轴为运动方向。

如图3-4所示。

5. 设置弹簧和阻尼器参数
5.1
选择工具栏中的弹簧阻尼器按钮
，设置参数：K=ON ，K=5.0；C=ON ，C=0.05；
5.2 设置完毕，选择质量块中心点，以及点击沿Y 轴向上400mm 的位置，即相当于与大地建立弹簧连接，如图3-5所示；
图3-4 添加平动副
图3-5 建立弹簧阻尼器模型
5.3 为了确定弹簧在空载时长度为400mm，选择菜单栏中Tools菜单中的Measure distance,在测量对话框中First Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择质量块的中心点mass.cm，在second Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择弹簧的上顶点ground.MARKER_5；
5.4 设置完毕，单击OK按钮。

测量信息窗口如图3-6，Y轴距离为-400mm。

图3-6 测量信息窗口
6. 对弹簧阻尼器机构仿真分析
6.1 测量静平衡时弹簧力的大小，选择工具箱中的仿真按钮，选择工具箱下侧的计算静平衡按钮，计算成功会出现提示。

6.2 计算完毕单击返回按钮，右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Characteristic选择force,在Measure Name 栏输入spring_force，单击OK按纽，建立一测量力的窗口。

为了只测量力的大小，在测量窗口内单击鼠标右键并选择Measure modify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；
6.3 根据弹簧力测量曲线，起始位置即静平衡时弹簧力为1836N ，即质量块的重力：18
7.224kg*9806.65mm/s 2(=1836.04N)。

测量曲线如图3-8所示；
6.4 继续测量弹簧的变形曲线。

右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure ，在打开的测量对话框中Measure name 输入spring_displace, Characteristic 选择Deformation ，建立空白的位移测量窗口；
6.5 选择工具箱中的仿真按钮，设置仿真时间End Time 为2，Steps 为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；
图3-7 修改测量力函数
图3-8 弹簧力测量曲线
6.6 在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选择plot: scht1---Transfer to full plot ，切换到ADAMS/Postprocessor 窗口。

6.7 单击clear plot 按钮清除窗口内的曲线。

在Result set 选项中选择spring_force 下，选择component 下的Q 分量。

如图3-10所示；
6.8 在Independent Axis 项选择Data 项，在弹出的选择窗口spring_displace ，在component 中选择Q ，选择完毕单击OK 如图3-11。

6.9 单击Add curves 按钮添加新选择的曲线，即以X 轴为Spring_displace ，Y 轴为spring_force,如图3-12。

图3-9 弹簧变形曲线
图3-10 测量曲线参数设置
图3-11 选择Independent Axis
图3-12 力与位移的关系曲线
五、思考题
1．在ADAMS中建立的弹簧阻尼器模型图3-5和图3-1给出的弹簧阻尼器模型存在不同吗，对结果会不会产生影响？
2．请尝试变换弹簧、阻尼器和质量块的参数，进行模拟？
3．变换阻尼器的参数，进行模拟，当阻尼器的值设置大到一定程度后，弹簧阻尼器机构模拟时会产生什么情况？
六、实验报告
按照以下要求递交实验报告
1．建模要求
把建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述。

2. 施加运动副和驱动要求
把弹簧阻尼器运动机构施加运动副和驱动完成的图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加的运动副和驱动作简要叙述。

3. 模拟结果要求
把质量块的运动位移、速度、加速度和弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系模拟出来，分别抓图1幅,粘贴于实验报告中，并对模拟结果作简要的叙述。