基于adams與isight的航空飛行器夾緊機構(gòu)聯(lián)合仿真與優(yōu)化航空飛行器夾緊機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計課程設(shè)計

1、<p>　　《機械原理》課程設(shè)計</p><p>　　基于ADAMS與ISIGHT的航空飛行器夾緊機構(gòu)聯(lián)合仿真與優(yōu)化</p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明</p><p>　　本人所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。

2、對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 </p><p>　　作者簽名： 日期： </p><p>　　畢業(yè)論文（設(shè)計）授權(quán)使用說明</p><p>　　本論文（設(shè)計）作者完全了解**學院有關(guān)保留、使用畢業(yè)論文（設(shè)計）的規(guī)定，學校有權(quán)保留論文（設(shè)計）并向相關(guān)部門送交

3、論文（設(shè)計）的電子版和紙質(zhì)版。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設(shè)計）進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。 </p><p>　　作者簽名： 指導教師簽名： </p><p>　　日期： 日期：

4、 </p><p><b>　　注 意 事 項</b></p><p>　　1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：</p><p>　　1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作）</p><p><b>　　2）原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　3）中文摘要（300

5、字左右）、關(guān)鍵詞</p><p>　　4）外文摘要、關(guān)鍵詞 </p><p>　　5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）</p><p>　　6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論</p><p><b>　　7）參考文獻</b></p><p><b>　　8）致謝</b>&l

6、t;/p><p>　　9）附錄（對論文支持必要時）</p><p>　　2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。</p><p>　　3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。</p><p>　　4.文字、圖表要求：</p><

7、;p>　　1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫</p><p>　　2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫</p><p>　　3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印</p><p&

8、gt;　　4）圖表應繪制于無格子的頁面上</p><p>　　5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔</p><p><b>　　5.裝訂順序</b></p><p><b>　　1）設(shè)計（論文）</b></p><p>　　2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝

9、訂</p><p><b>　　3）其它</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　利用ADAMS與ISIGHT軟件對飛行器加緊機構(gòu)進行聯(lián)合仿真與優(yōu)化，能夠快速準確的到理想條件下的最佳夾緊力、最優(yōu)參數(shù)。對實際的飛行器加緊機構(gòu)設(shè)計有指導作用。</p><p>　　通

10、過ADAMS軟件建立飛行器加緊機構(gòu)的ADAMS模型，進行運動學仿真，得到夾緊力為811.1N,通過將仿真模擬數(shù)據(jù)同物理樣機實驗數(shù)據(jù)相比較，說明仿真結(jié)果具有說服力。之后在ADAMS中參數(shù)化模型，初步優(yōu)化，得到變量DV_4，DV_6，DV_8對彈簧力的影響最大，因此對上述點最優(yōu)化，得到最優(yōu)夾緊力為1024N及最優(yōu)參數(shù)。但結(jié)果并不讓人滿意，通過查閱文獻，將ISIGHT結(jié)合ADAMS進行多體運動學仿真方法，第一次嘗試由于文獻中操作繁瑣難以成功，

11、被迫放棄另尋出路，吸取第一次經(jīng)驗，在第二次成功將ISIGHT與ADAMS結(jié)合，用連續(xù)二次規(guī)劃法（NLPQL）算法得到最優(yōu)夾緊力1923.7N及最優(yōu)參數(shù)?；旌闲蛢?yōu)化算法（MOSTT）得到最優(yōu)夾緊力1558.59及最優(yōu)參數(shù)。</p><p>　　比較ADAMS的優(yōu)化結(jié)果與將ISIGHT結(jié)合ADAMS進行多體運動學仿真的優(yōu)化結(jié)果，得到后者的優(yōu)化效果更好。</p><p>　　關(guān)鍵詞：ADAMS，

12、ISIGHT，仿真，優(yōu)化</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　機械原理課程設(shè)計清單3</p><p>　　一 航空飛行器夾緊機構(gòu)ADAMS模型建立3</p><p>　　1.1 彈簧掛鎖模型的工作原理3</p><p>　　1.2 夾緊機構(gòu)初始設(shè)計點設(shè)置及模型建立

13、3</p><p>　　1.2.1啟動ADAMS/View3</p><p>　　1.2.2設(shè)置工作工作環(huán)境3</p><p>　　1.2.3建造實體3</p><p>　　二 初始設(shè)置下模型的運動學仿真3</p><p>　　2.1 測試初始模型3</p><p>　　2.1.1生成

14、地塊3</p><p>　　2.1.2加Inplane 虛擬約束3</p><p>　　2.1.3加拉壓彈簧3</p><p>　　2.1.4加手柄力3</p><p>　　2.1.5測量彈簧力3</p><p>　　2.1.6角度測試3</p><p>　　2.1.7生成傳感器3

15、</p><p>　　2.1.8模型仿真3</p><p>　　2.2驗證測試結(jié)果3</p><p>　　2.2.1導入物理樣機數(shù)據(jù)3</p><p>　　2.2.2建立物理樣機實驗數(shù)據(jù)曲線圖3</p><p>　　2.2.3建立仿真數(shù)據(jù)曲線圖3</p><p>　　三 參數(shù)化模型及其

16、初步優(yōu)化3</p><p>　　3.1 細化模型3</p><p>　　3.1.1建立設(shè)計變量3</p><p>　　3.1.2重新設(shè)置設(shè)計變量的值3</p><p>　　3.2 深化設(shè)計3</p><p>　　3.2.1重新顯示彈簧力曲線圖3</p><p>　　3.2.2調(diào)試設(shè)計

17、變量3</p><p>　　3.2.3運行Design Study3</p><p>　　3.3 檢查方案研究結(jié)果3</p><p><b>　　四 最優(yōu)化設(shè)計3</b></p><p>　　4.1調(diào)整設(shè)計變量3</p><p>　　4.2運行最優(yōu)化設(shè)計程序3</p>&

18、lt;p>　　4.3最優(yōu)化的結(jié)果3</p><p>　　五 多體動力學優(yōu)化分析3</p><p>　　5.1 多體動力學及其基本理論3</p><p>　　5.2 ISIGHT優(yōu)化流程3</p><p><b>　　5.3方案一3</b></p><p>　　5.3.1ADAMS

19、動力學模型的建立3</p><p>　　5.3.2ADAMS文件準備3</p><p>　　5.3.3 ADAMS與ISIGHT集成過程3</p><p>　　5.3.4 實驗設(shè)計3</p><p><b>　　5.4 方案二3</b></p><p>　　5.4.1 ADAMS插件配置

20、3</p><p>　　5.4.2 ISIGHT調(diào)用ADAMS3</p><p>　　5.4.3 變量參數(shù)映像3</p><p>　　5.4.4 ISIGHT實驗設(shè)計3</p><p>　　5.4.5 ISIGHT優(yōu)化設(shè)計3</p><p>　　5.6 結(jié)果分析與評價3</p><p&g

21、t;<b>　　總結(jié)及心得體會3</b></p><p><b>　　參考文獻3</b></p><h2>　　機械原理課程設(shè)計清單</h2><p><b>　　設(shè)計題目 </b></p><p>　　基于ADAMS與ISIGHT的航空飛行器夾緊機構(gòu)聯(lián)合仿真與優(yōu)化<

22、/p><p><b>　　(二) 設(shè)計任務 </b></p><p>　　1.至少產(chǎn)生800N的夾緊力； ? </p><p>　　2.世界在手柄上的力不大于80N； ?</p><p>　　3.釋放手柄的力應最??； ? </p><p>　　4.在振動環(huán)境中，夾緊機構(gòu)的安全可靠；</p&

23、gt;<p><b>　　(三) 完成情況 </b></p><p>　　1. 建立了夾緊機構(gòu)的ADAMS 模型，完成了對各個鉸接點位置參數(shù)的設(shè)計。 </p><p>　　2. 完成了初始設(shè)計值下模型的運動分析和力分析。 </p><p>　　3. 正在對夾緊機構(gòu)模型參數(shù)化，并作初步結(jié)構(gòu)優(yōu)化。</p><p&g

24、t;　　4. 采用山東科技大學李慶國教授的多體動力學優(yōu)化方法優(yōu)化夾緊機構(gòu)。</p><p>　　5. 用ISIGHT結(jié)合ADAMS對夾緊機構(gòu)進行優(yōu)化，在不同算法的情況下得到最后夾緊力與最優(yōu)參數(shù)。</p><p>　　6.比較不同方法的優(yōu)化結(jié)果的優(yōu)劣。</p><p>　　(四) 說明書簡介 </p><p>　　第一章介紹了夾緊機構(gòu)模型及其A

25、DAMS 建模方法。 </p><p>　　第二章介紹了夾緊機構(gòu)各個鉸接點位置參數(shù)的設(shè)置及初始狀態(tài)下的仿真分析。 </p><p>　　第三章介紹了如何參數(shù)化夾緊機構(gòu)的各個鉸接點位置，并設(shè)置變量。</p><p>　　第四章介紹了最優(yōu)化設(shè)計方案</p><p>　　第五章介紹了多體動力學優(yōu)化方案。</p><p>　　

26、最后介紹了實際過程中小組成員的一些心得體會和模型的不足之處。 </p><h2>　　一 航空飛行器夾緊機構(gòu)ADAMS模型建立</h2><h3>　　1.1 彈簧掛鎖模型的工作原理 </h2><p>　　在節(jié)點4 處下壓操作手柄，掛鎖就能夠夾緊。下壓時，樞軸繞節(jié)點1 順時針轉(zhuǎn) 動，將鉤子上的節(jié)點2 向后拖動，此時，連桿上的節(jié)點19 向下運動。當節(jié)點19 處 于

27、節(jié)點19_2和節(jié)點3 的連線時，夾緊力達到最大值。節(jié)點19應該在節(jié)點3 和節(jié)點19_2連線的下方移動，直到操作手柄停在鉤子上部。這樣使得夾緊力接近最大值，但只需一個較小的力 就可以打開掛鎖。 </p><h3>　　1.2 夾緊機構(gòu)初始設(shè)計點設(shè)置及模型建立</h2><h4>　　1.2.1啟動ADAMS/View</h2><p>　　啟動ADAMS/View，在

28、模型名稱輸入 Latch，將單位設(shè)置成MMKS（Millimeter Kilogram Second (MMKS)毫米-公斤-秒）。</p><h4>　　1.2.2設(shè)置工作工作環(huán)境</h2><p>　　在Setting 菜單中選擇Units將長度單位設(shè)置為厘米（cm），點擊ok。</p><p>　　在Setting 菜單中選擇 Working Grid,則工作

29、柵格設(shè)置對話框就會彈出，將工作柵格尺寸設(shè)置為25，格距為1，點擊OK。</p><p>　　在Setting菜單中選擇Icons,彈出Icons設(shè)置對話框，將Model Icons的所有缺省尺寸改為2，點擊ok。</p><p><b>　　1.2.3建造實體</b></p><p><b>　　(1)創(chuàng)建設(shè)計點</b>&

30、lt;/p><p>　　點擊 Point 圖標，點擊左邊欄Point Table進入Table Editor for points界面。</p><p>　　按照下表所列數(shù)據(jù)放置設(shè)計參考點。使用點的缺省設(shè)置，即 Add to Ground 和 Don’t Attach。</p><p><b>　　(2)建立曲柄</b></p>&l

31、t;p>　　在bodies欄選擇工具按鈕，把厚度和半徑都設(shè)為 1cm。用鼠標左鍵點選 Point_1、Point_2 和 Point_3，點擊右鍵使曲柄閉合。重命名為Pivot。</p><p><b>　　(3)建立手柄</b></p><p>　　選擇Link工具，在 Point_3 和 Point_4 之間建立連桿，重命名為handle。</p>

32、;<p>　　(4)用轉(zhuǎn)動鉸鏈連接各構(gòu)件</p><p>　　選擇Revolute Joint在 Point_1 處放置一個鉸鏈。再次選擇 Revolute Joint 在主對話框中，把建造模式改為 2 Bod-1 Loc，選取曲柄、手柄和 Point_3。結(jié)果如下圖。</p><p><b>　　(5)建造鉤子</b></p><p

33、>　　在bodies欄選擇設(shè)置長度為 1cm，用鼠標左鍵按下表point_7到point_17選取位置，最后敲擊鼠標右鍵使之閉合建立鉤子。將拉伸體的名字改為hook。</p><p><b>　　(6)建立連桿</b></p><p>　　再建兩個設(shè)計點Point_8和Point_9，在兩個新設(shè)計點之間建立連桿，將連桿改名為 slinder。</p>

34、<p>　　(7)用轉(zhuǎn)動鉸鏈連接構(gòu)件</p><p>　　用步驟d(3)相同的方法在下述位置設(shè)置鉸鏈：手柄與連桿之間的 Point_8，連桿與鉤子之間的 Point_9，鉤子與曲柄之間的 Point_2。最后模型如下圖所示。</p><h2>　　二 初始設(shè)置下模型的運動學仿真</h2><h3>　　2.1 測試初始模型</h2>&l

35、t;p><b>　　2.1.1生成地塊</b></p><p>　　在bodies欄選擇并把生成方法New Part 改為On Ground。 在（-2，1，0）單擊鼠標，拖到（-18，-1，0）生成地塊，將其改名為 ground_block。</p><h4>　　2.1.2加Inplane 虛擬約束</h2><p>　　在conne

36、ctors欄下選擇 Inplane Joint Primitive 把建立方法設(shè)為 2 Bodies-1 Location 和 Pick Geometry Feature。用鼠標左鍵依次點取鉤子和地塊，在（-12，1，0）點擊鼠標左鍵再上移，當出現(xiàn)向上的箭頭時點擊鼠標左鍵。出現(xiàn)下圖所示的虛約束。</p><h4>　　2.1.3加拉壓彈簧</h2><p>　　在force欄下選擇 Tra

37、nslational Spring-Damper 在地塊與鉤子之間建彈簧。在彈簧生成對話框中選擇k和c并設(shè)置k值為 800，c值為 0.5。 點取點（-14,1,0）和（-23,1,0）放置彈簧 。</p><p><b>　　2.1.4加手柄力</b></p><p>　　(1)在force欄下選擇 并在對話框中將仿真時方向改為 Body Moving，在特性欄中選

38、擇 Constant。打開力值輸入開關(guān)，輸入 80。</p><p>　　(2)依次選取手柄、手柄末端的標志點、位置(-18，14，0)。</p><h4>　　2.1.5測量彈簧力</h2><p>　　(1)選擇Design Exploration欄下的 Measure欄里的。 彈出Datebase Navigator窗口，雙擊SPRING_1，再雙擊force

39、，彈簧測量圖表出現(xiàn)</p><p>　　(2)在Simulation欄下選擇，彈出Simulation Control窗口，設(shè)置end time為0.2 秒、steps為50 步，然后點擊start按鈕。</p><p>　　(3)用 Reset 回到初始狀態(tài)。如下圖所示得到彈簧力變化曲線。</p><p><b>　　2.1.6角度測試</b>

40、;</p><p>　　現(xiàn)在要測量點POINT_19-2、POINT_3、POINT_19之間形成的角度</p><p>　　(1) 選擇Design Exploration欄下按鈕，建立一個新的角度測量。</p><p>　　(2) 點擊Advanced，彈出Angle Measure窗口，鍵入測量名angle。 </p><p>　　(3

41、) 在 First Point 輸入欄中點擊右鍵，從彈出的菜單中選擇 Marker，再選 Pick。</p><p>　　(4) 按表第一行所列選擇標識，圖例見圖 。</p><p>　　(5)同樣方法完成 Middle Point、Last Point。 </p><p>　　(6) 點擊 OK，于是生成角度變化曲線如下圖所示。</p><h4

42、>　　2.1.7生成傳感器</h2><p>　　(1) Design Exploration欄下選擇 Sensor，Create Sensor…窗口出現(xiàn)。</p><p>　　(2)依照下圖完成對話框，選擇 OK。</p><p><b>　　2.1.8模型仿真</b></p><p>　　1) 選擇 Simul

43、ation 工具，進行一次 0.2 秒 100 步的模擬。你應該得到提示由于傳感器的作用 MSC.ADAMS/View 停止仿真模擬。</p><p>　　2) 用 Reset 回到模型初始狀態(tài)。 </p><p>　　在模擬過程中，MSC.ADAMS/View 對彈簧力和角度的測量反映了傳感器的作用。</p><p><b>　　2.2驗證測試結(jié)

44、果</b></p><p>　　通過將仿真模擬數(shù)據(jù)同物理樣機實驗數(shù)據(jù)相比較，找出模型與實際物理模型的差別，從而可以修改模型消除其不足。根據(jù)文獻[3]得到物理樣機實驗數(shù)據(jù)，導入到ADAMS Postprocessing 中，與模擬曲線畫在同一幅圖中。</p><h4>　　2.2.1導入物理樣機數(shù)據(jù)</h2><p>　　(1)在 File菜單中選擇Imp

45、ort，文件輸入對話框出現(xiàn)。</p><p>　　(2)設(shè)置File Type為Test Data。選中Create Measure選項，導入test_date.csv文件。</p><p>　　(3)在 Model Name 欄中鍵入.Latch，選擇 OK。</p><h4>　　2.2.2建立物理樣機實驗數(shù)據(jù)曲線圖</h2><p>　

46、　(1)在results欄選擇 Postprocessing，ADAMS/PostProsessor窗口出現(xiàn)</p><p>　　(2)Source 選擇為 Measures。顯示出建立圖表可以選用的結(jié)果數(shù)據(jù)。</p><p>　　(3)在Simulation 的列舉中選擇 test_dat。</p><p>　　(4) 在 Independent Axis 選擇

47、Data。Independent Axis Browser 窗口出現(xiàn)，選擇angle為水平軸，選擇 test_dat 和 MEA_1。在圖表生成器中選擇 MEA_2 作為 y 軸數(shù)據(jù)。 接下來點擊Add Cures添加曲線。</p><p>　　(5)編輯曲線圖。橫坐標名稱改為Degrees，縱坐標名稱改為Newtons，圖例名稱改為Physical Test Data。</p><h4>

48、;　　2.2.3建立仿真數(shù)據(jù)曲線圖</h2><p>　　用同樣的方法，在Simulation欄選擇Last_run，建立以角度為橫軸，彈簧力為縱軸的曲線，將圖例名稱改為Virtual Test Data最終得到下圖。</p><p>　　從這張圖可以看到，理論曲線和實際曲線基本吻合，說明仿真結(jié)構(gòu)具有說服力。同時我們注意到，在26°~30°之間實際曲線產(chǎn)生了波動。<

49、;/p><h2>　　三 參數(shù)化模型及其初步優(yōu)化</h2><p>　　夾緊機構(gòu)中各鉸接點的位置是夾緊機構(gòu)布置的主要參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計的實質(zhì)就是確定夾緊機構(gòu)的最佳布置方案，因此各鉸接點位置必須確定為設(shè)計變量，完成后的參數(shù)化模型如圖3.1所示。由節(jié)點1一節(jié)點6六個設(shè)計點確定機構(gòu)的位置方案，夾緊機構(gòu)由手柄、樞軸、連桿和掛鉤四部分組成，在節(jié)點4位置施加一方向垂直于手柄的恒定作用力。并建立一傳感器，用于在

50、機構(gòu)處于鎖止位置(設(shè)計節(jié)點3、節(jié)點19、節(jié)點19_2處于同一直線)時停止仿真。</p><p>　　圖3.1 夾緊機構(gòu)的參數(shù)化模型</p><p><b>　　3.1 細化模型</b></p><h4>　　3.1.1建立設(shè)計變量</h2><p>　　(1) 進入Table Editor窗口，選擇 POINT_1 的

51、 Loc_x 單元。在頂部的輸入欄右鍵依次選擇 Parameterize→Create Design Variable→Real。建立名為.latch.DV_1 的設(shè)計變量。 </p><p>　　(2) 選擇 POINT_1 的 Loc_y 單元，用相同的方法建立設(shè)計變量。 </p><p>　　(3) 同樣方法將 POINT_2、POINT_3、POINT_19、POINT_19_2

52、的 x、y 坐標參數(shù)化。結(jié)果如下圖所示。</p><h4>　　3.1.2重新設(shè)置設(shè)計變量的值</h2><p>　　(1) 在 Table Editor 的下邊選擇 Variables.</p><p>　　(2) 選擇 Filters，Table Editor Filters 對話框出現(xiàn)。 </p><p>　　(3) 選擇 De

53、lta Type。表示范圍設(shè)置是絕對值或相對百分數(shù)。</p><p>　　(4) 點擊 OK，這時 Table Editor 的如圖所示</p><p><b>　　3.2 深化設(shè)計</b></p><h4>　　3.2.1重新顯示彈簧力曲線圖</h2><p>　　(1) 在Design Exploration欄下選擇

54、Display a Measure，Database Navigator窗口 出現(xiàn)。雙擊SPRING_1，在下拉項中雙擊force</p><p>　　(2) 進行一次 0.2 秒 100 步的仿真，然后回到模型的初始狀態(tài)，彈簧測量圖表更新。 </p><p>　　(3) 在彈簧力曲線上右鍵選擇 Curve:Current、Save Curve，保存曲線，曲線由紅色變?yōu)樗{色。</p&

55、gt;<h4>　　3.2.2調(diào)試設(shè)計變量</h2><p>　　(1) 在Build菜單中依次選擇Design Variable→Modify。Database Navigator出現(xiàn)。</p><p>　　(2) 雙擊DV_1，設(shè)計變量編輯對話框出現(xiàn)。</p><p>　　(3) 把DV_1的標準值改為1.0，選擇 OK。</p>&

56、lt;p>　　(5) 進行一次0.2秒100步的仿真。</p><p>　　從下圖可以看出：新的方案使彈簧力的值更大。</p><p>　　(6) 把DV_1改回0.0。 </p><h4>　　3.2.3運行Design Study</h2><p>　　(1) 在 Simulate 菜單中選擇 Design Evaluation。D

57、esign Evaluation 對話框出現(xiàn)。 </p><p>　　(2) 按下圖完成對話框。 </p><p>　　(3)點擊Start，自動進行五次優(yōu)化仿真。 </p><p>　　優(yōu)化仿真結(jié)束后，彈簧力圖、角度圖分別發(fā)生變化。五種曲線對應五種不同方案下圖所示分別顯示了這種變化。</p><p>　　在Design Evolution

58、 Tool窗口點擊左下角創(chuàng)建報告如下圖所示。</p><p>　　用相同的方法分別對1~10變量進行Design Study，分別得到彈簧力圖、角度圖以及研究報告。</p><h3>　　3.3 檢查方案研究結(jié)果</h2><p>　　通過對10個設(shè)計變量仿真分析結(jié)果匯總，統(tǒng)計出10個變量的初始值、初始位置敏感度，以及設(shè)計點的位置最大值，得到下表。從這張變我們可以看

59、出變量DV_4，DV_6，DV_8對彈簧力的影響最大。</p><p><b>　　四 最優(yōu)化設(shè)計</b></p><p>　　找到了對彈簧力影響最大的點，接下來進行最優(yōu)化設(shè)計。最優(yōu)化過程為：首先，設(shè)定3個對彈簧力影響最大的變量的變化范圍，以彈簧力的最大張力為優(yōu)化目標函數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計，最后運行adams的design study模塊進行最優(yōu)化設(shè)計，從而找到3個點的最佳

60、的位置[5]。</p><p><b>　　4.1調(diào)整設(shè)計變量</b></p><p>　　利用上表的設(shè)計研究結(jié)果來選擇哪些設(shè)計變量應用于最優(yōu)化處理。用DV_4，DV_6，DV_8這三個設(shè)計變量作為最優(yōu)化設(shè)計的變量，以彈簧力最大為目標函數(shù)進行最優(yōu)化設(shè)計。在這里因為它們對夾緊力影響最大，用這些參數(shù)進行最優(yōu)化不僅可以得到較好的答案，而且大大縮短了設(shè)計周期，方便操作。<

61、;/p><p>　　因為模型必須在給定的空間工作，根據(jù)設(shè)計的要求對設(shè)計變量進行如下限制，即限制DV_4、DV_6、DV_8的變化函數(shù)及其最大最小值：</p><p>　　在Build菜單中選擇Design VariableModify。雙擊DV_4，Modify Design Variable對話框出現(xiàn)。參照上表設(shè)置最大值和最小值。點擊Apply。重復上述步驟設(shè)置DV_6、DV_8。</

62、p><h3>　　4.2運行最優(yōu)化設(shè)計程序</h2><p>　　最優(yōu)化設(shè)計程序可以找到最佳設(shè)計方案。進行優(yōu)化之前先顯示彈簧力的測量窗口。然后運行最優(yōu)化設(shè)計程序，在Build菜單中選擇Design Study DOE Optimize。按下圖填充對話框。點擊Start。注意到夾緊力就是彈簧力的負值，所以這里目標定為最小的彈簧力。</p><p>　　adams自動運行多

63、次后，分別將每次的數(shù)據(jù)繪制在同一張圖中，從而得到彈簧力測量圖如下。</p><p>　　下圖SPRING_1_force vs. Iteration顯示彈簧力隨每一次深化的變動情況。</p><p>　　下圖顯示每一次角度達到鎖緊點的情況。</p><p><b>　　4.3最優(yōu)化的結(jié)果</b></p><p>　　運行

64、Design Study進行最優(yōu)化設(shè)計后得到每次實驗每個變量的值，最后得到最大的夾緊力為1023.9N。</p><p>　　然而，這并不是最優(yōu)的結(jié)果，在優(yōu)化過程中存在諸多問題。將3個對夾緊力影響最大的三個點作為最優(yōu)化的變量是否合理，如果所有的點同時進行變動是不是能夠得到更好的結(jié)果？ADAMS的優(yōu)化算法是不是適合任何問題？等等諸多問題困擾著我們，經(jīng)過查閱更多的資料，在洪鵑教授的論文《基于ISIGHT的多學科設(shè)計優(yōu)

65、化技術(shù)研究》中發(fā)現(xiàn)了一種新的優(yōu)化方法可以將夾緊力優(yōu)化到1575N，比ADAMS優(yōu)化結(jié)果跟好，而這要歸功于ISIGHT這個軟件。下面就介紹ISIGHT與ADAMS聯(lián)合優(yōu)化的具體過程。</p><h2>　　五 多體動力學優(yōu)化分析</h2><p>　　通過利用ADAMS優(yōu)化得到的夾緊力并非最大，采用多體動力學優(yōu)化可以得到更優(yōu)的結(jié)果。</p><h3>　　5.1 多

66、體動力學及其基本理論</h2><p>　　多體系統(tǒng)是多個相互運動的物體通過運動副相聯(lián)的多剛體系統(tǒng)和多柔體系統(tǒng)，通常用來研究系統(tǒng)的位移、速度、加速度與其受力之間的關(guān)系。為了解決不同學科間的協(xié)同設(shè)計問題，人們提出了多學科設(shè)計優(yōu)化的思想。多學科設(shè)計優(yōu)化是一種設(shè)計復雜系統(tǒng)和子系統(tǒng)的方法論。通過充分利用各個學科(子系統(tǒng))之間相互作用所產(chǎn)生的協(xié)同效應，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解。</p><h3>　　5

67、.2 ISIGHT優(yōu)化流程</h2><p>　　ISIGHT軟件是由美國的易擎軟件公司推出的一個集工業(yè)優(yōu)化設(shè)計和自動化分析計算于一體的多學科設(shè)計優(yōu)化軟件，是一個仿真分析流程自動化和多學科多目標優(yōu)化工具，它提供了一個可視化的靈活的仿真流程搭建平臺，利用此工具可以快速建立復雜的仿真分析流程，設(shè)定和修改設(shè)計變量以及設(shè)計目標，自動進行多次分析循環(huán)。</p><p>　　ISIGHT融合了設(shè)計優(yōu)化

68、中需要的三大主要功能：自動化功能、集成化功能和最優(yōu)化功能。設(shè)計自動化就是將大量的需要人工完成的工作由軟件實現(xiàn)自動化處理，代替工程設(shè)計人員進行重復性的、易出錯的數(shù)字處理和設(shè)計處理工作。集成化就是能夠?qū)⒍鄬W科代碼集成并使流程自動化，提供實時監(jiān)控和后處理功能，幫助數(shù)據(jù)分析。ISIGHT提供了4類設(shè)計優(yōu)化算法：實驗設(shè)計(DOE)分析，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)，探索設(shè)計空間；優(yōu)化算法：尋找滿足約束條件和目標函數(shù)的最好設(shè)計方案；近似方法：用近似模型代替運行時間

69、長的計算機模型，以快速獲得解答；質(zhì)量工程方法：尋找成功概率高并且對不確定因素不敏感的設(shè)計方案，最終達到穩(wěn)健和可靠性。</p><p>　　相比于ADAMS軟件進行的優(yōu)化，ISIGHT有利于得到系統(tǒng)的整體最優(yōu)，而且包含的優(yōu)化算法更全面。所以為了得到更優(yōu)的設(shè)計結(jié)果，我們在得到ADAMS優(yōu)化結(jié)果的同時，探求用ISIGHT和ADAMS結(jié)合進行優(yōu)化，比較二者的優(yōu)劣。</p><p><b>

70、;　　5.3方案一</b></p><h4>　　5.3.1ADAMS動力學模型的建立</h2><p>　　這部分在上述ADAMS中已經(jīng)完成。</p><h4>　　5.3.2ADAMS文件準備</h2><p>　　批處理文件adams.bat，用來啟動執(zhí)行ADAMS仿真</p><p>　　輸入文件s

71、pring.cmd，用來仿真的模型文件。</p><p>　　結(jié)果文件output.txt，表示ADAMS中得到的結(jié)果文件</p><p>　　(4) 模型文件lauch.bin</p><h4>　　5.3.3 ADAMS與ISIGHT集成過程</h2><p>　　參考文獻[8]，ADAMS與ISIGHT的集成過程可以有下圖說明。<

72、/p><p>　　打開ISIGHT,在Application Components中添加Simcode到Task1中</p><p>　　打開Simcode，在Command中添加adams.bat批處理文件，在Input添加spring.cmd文件，在Output添加結(jié)果文件output.txt。</p><p>　　在Files下的Input Souces選擇In

73、Model添加model.bin文件， </p><p>　　在主菜單單擊運行，完成ADAMS與ISIGHT的連接。</p><p>　　在Simcode的Input中設(shè)置變量，Output中設(shè)置變量</p><p>　　在主菜單中選擇File中的Input中選擇adams.bat文件,Output中選擇output.txt文件</p><h4&

74、gt;　　5.3.4 實驗設(shè)計</h2><p>　　在主菜單的Process components選擇DOE代替task1.</p><p>　　雙擊DOE圖標，在DOE Technique中選擇Optimal Latin Hypercube,將Number of Points 設(shè)置成100，Max Time to Optimize設(shè)置成5。點擊Factors 全選變量DV_1 到DV_

75、10。點擊Design Matrix，生成設(shè)計矩陣，最后選擇SPRING_FORCE為優(yōu)化目標，選擇最小。</p><p>　　點擊運行，isight調(diào)用adams運行101次后得出下表。</p><p>　　從運行的結(jié)果我們可以看到，當變量數(shù)值在變化的時候，夾緊力卻不發(fā)生變化，這說明這種方法沒有成功將夾緊力映像到ISIGHT中，使得ISIGHT無法讀取數(shù)據(jù)。經(jīng)過不斷地重復、嘗試，我們總結(jié)

76、出問題可能出在的地方：</p><p>　　a. 由于結(jié)果文件output.txt中時間與彈簧力的變化趨勢有問題。</p><p>　　b. 輸入文件spring.cmd的編寫有很多需要注意的地方，可能會出現(xiàn)錯誤。</p><p>　　c. ISIGHT軟件中的一些環(huán)境變量設(shè)置不是很清楚。</p><p>　　方案一宣告失敗，在文獻中的方法繁

77、瑣難以成功，我們試圖尋找一種更加便捷的方法，經(jīng)過不斷地查閱資料，不斷地嘗試，我們找到了另外一種更加高效快捷的方法，也就是方案二。</p><p><b>　　5.4 方案二</b></p><h4>　　5.4.1 ADAMS插件配置</h2><p>　　ISIGHT有豐富的軟件接口，其中包括ADAMS，但是直接運行ADAMS接口無法從ADA

78、MS中導出變量，由于參考文獻和網(wǎng)絡(luò)教程均采用simcode插件，自己編寫或是從adams中導出輸入、執(zhí)行、輸出文件，這種方法不僅費時費力，由于每個人的電腦軟件環(huán)境的不同，在不同的電腦上都要進行重新編寫，更換文件夾也會導致無法運行。嘗試了多次之后，我最終決定尋找一種更簡便的方法。</p><p>　　由于ISIGHT已經(jīng)對ADAMS配置了插件，所以只要找到正確的使用方法就可以減少工作量，同時避免出錯。為次要首先對A

79、DAMS軟件進行配置。</p><p>　　首先要確定電腦中安裝的ADAMS的版本是ISIGHT支持的版本，ISIGHT支持的ADAMS版本分別是2005、2010、2011。</p><p>　　然后點擊在Library中添加ADAMS插件。</p><p>　　接下來在ADAMS中安裝ISIGHT插件。從ISIGHT安裝目錄下的SMAFIPcomponents文

80、件夾下選擇ADAMS2010版本的文件夾。在MSC ADAMS安裝目錄下的python\win32\Lib\site-packages\mdi文件夾下創(chuàng)建CommandListener文件夾，將SMAFIPcomponents文件夾下的isight.bin文件、__init__.py 文件和CommandListener.py文件拷貝到CommandListener文件夾內(nèi)，就在ADAMS中導入了ISIGHT插件。</p>

81、<h4>　　5.4.2 ISIGHT調(diào)用ADAMS</h2><p>　　將ISIGHT插件導入到ADAMS之后，就可以正常使用ADAMS插件。</p><p>　　在ISIGHT界面中拖動ADAMS插件到Sin-flow中，如圖所示。雙擊ADAMS插件，進入ADAMS插件設(shè)置窗口。</p><p>　　ADAMS插件要進一步設(shè)置才能正常使用。在此之前

82、要在電腦中設(shè)置ADAMS的環(huán)境變量，這樣ISIGHT就可以直接調(diào)用ADAMS，但環(huán)境變量常常不能設(shè)置成功，ISIGHT提供了手動設(shè)置ADAMS啟動文件的方法。在Option欄下設(shè)置Path to ADAMS mdi.bat為ADAMS安裝目錄下程序啟動文件所在的地址，在General欄下點擊Browse選擇夾緊機構(gòu)的ADAMS的模型文件，這時將會自動啟動ADAMS進入ADAMS界面。</p><h4>　　5.4

83、.3 變量參數(shù)映像</h2><p>　　進入ADAMS界面后，將夾緊機構(gòu)的變量在ISIGHT中映像。</p><p>　　在仿真窗口設(shè)置仿真時間為2s，仿真步數(shù)為100步，點擊開始，進行仿真，在ADAMS主選項中選擇Simulate > ISIGHT > Export，Export to ISIGHT窗口出現(xiàn)，</p><p>　　在Design Va

84、riable欄選右鍵擇變量DV_1到DV_10，在Design Objective欄選擇彈簧力。退出ADAMS回到ISIGHT窗口，在ADAMS插件界面出現(xiàn)以選擇的變量，可以選擇或者取消錯選的變量，也可以編輯變量的名稱。從而ADAMS文件中的變量向ISIGHT中映像成功。</p><h4>　　ISIGHT實驗設(shè)計</h2><p>　　在主菜單的Process components選擇D

85、OE代替task1，雙擊DOE圖標，在DOE Technique中選擇Optimal Latin Hypercube,將Number of Points 設(shè)置成100，Max Time to Optimize設(shè)置成5。點擊Factors 全選變量DV_1 到DV_10。點擊Design Matrix，生成設(shè)計矩陣如下圖。</p><p>　　最后選擇SPRING_FORCE為優(yōu)化目標，選擇最小。點擊運行Runti

86、me_Gateway，運行了100步后輸出實驗文件，見附件。ISIGHT自動生成了對夾緊力影響最大的變量的圖，見圖5-1。從這張圖我們可以看到對夾緊力影響最大的變量是DV_6-DV_8,次之的是DV_10。而ADAMS運行得到的結(jié)果是DV_4、DV_6、DV_8這3個變量對夾緊力影響最大，這和ISIGHT得到的結(jié)果有所不同，這是因為ADAMS只研究單個變量對夾緊力的敏感程度，而沒有研究兩個變量共同作用下的對夾緊力的靈敏度。</p&

87、gt;<p>　　圖5-1 變量對夾緊力影響程度圖</p><p>　　同時ISIGHT也輸出了變量DV_6與DV_8的關(guān)系圖及公式，如下圖所示。</p><p>　　得到每個變量對夾緊力的影響曲線如下圖所示。</p><h4>　　5.4.5 ISIGHT優(yōu)化設(shè)計</h2><p>　　ISIGHT中包含多種優(yōu)化技術(shù)，主要可以

88、分為3類：數(shù)值型優(yōu)化技術(shù)、探索型優(yōu)化技術(shù)、專家系統(tǒng)型優(yōu)化技術(shù)。每一內(nèi)優(yōu)化算法都適應不同的問題，只有對優(yōu)化算法十分熟悉才可以選擇出適當?shù)乃惴?。本文參考文獻[8]選擇數(shù)值型優(yōu)化技術(shù)中的混合型優(yōu)化算法（MOSTT）和連續(xù)二次規(guī)劃法（NLPQL）。</p><p>　　混合整型優(yōu)化方法MOST首先認定所給的設(shè)計問題是連續(xù)的，并使用連續(xù)二次規(guī)劃法得到一個初始的峰值。如果所有的設(shè)計變量都是實數(shù)型的，優(yōu)化過程停止。否則，對每一

89、個非實數(shù)型參數(shù)尋找一個最近的設(shè)計點，該點滿足非實數(shù)型參數(shù)的限制條件。這些限制條件被作為新的約束加進來，然后重新優(yōu)化，產(chǎn)生組新的峰值。這些峰值作為新的迭代的起始點。在這個過程中，連續(xù)的非實數(shù)型參數(shù)被作為重點考慮的對象，直到所有的限制條件都得到滿足，優(yōu)化過程結(jié)束。</p><p>　　NLPQL用來解決帶有約束的非線性數(shù)學規(guī)劃問題，并假設(shè)目 標函數(shù)和約束條件是連續(xù)可微的。二次連續(xù)規(guī)劃法(SQP)是NLPQL的核心算法

90、。將目 標函數(shù)以二階泰勒級數(shù)展開，并把約束條件線性化，原非線性問題就轉(zhuǎn)化為一個二次規(guī)劃問題，通過解二次規(guī)劃得到下一個設(shè)計點。然后根據(jù)兩個可供選擇的優(yōu)化函數(shù)執(zhí)行一次線性搜索，其中Hessian矩陣由BFGS公式更新，該算法很穩(wěn)定。這個技術(shù)最主要的優(yōu)點是容易 和一個非常健壯的算法一起使用。</p><p>　　本文分別采用這兩種算法進行優(yōu)化設(shè)計，對結(jié)果進行比較。具體操作如下。</p><p>

91、　　將Optimization 最優(yōu)化模塊拖動到Task1 中，雙擊Optimization，進入設(shè)計界面。</p><p>　　將優(yōu)化選擇NLPQL，在Variables欄中勾選設(shè)計變量DV_1~DV_10，分別根據(jù)設(shè)計要求設(shè)置每個變量的變動范圍。</p><p>　　在Objective欄勾選夾緊力為最優(yōu)化的目標函數(shù)。這樣，ISIGHT優(yōu)化設(shè)置基本完成。</p><

92、p>　　點擊運行進入Runtime gateway界面，這里可以對優(yōu)化的過程以圖表的方式完全展現(xiàn)出來，拜托了一般軟件內(nèi)部運行，用戶無法對運行過程干預的缺點。</p><p>　　運行了521步后，SIGHT軟件調(diào)用ADAMS進行了521次仿真，這是僅僅使用ADAMS軟件所不能實現(xiàn)的，也體現(xiàn)了ISIGHT智能、自動化、可視化的優(yōu)勢。之后點擊XXX圖標，將仿真結(jié)果自動以文檔的形式自動輸出，便于用戶分析數(shù)據(jù)，也

93、節(jié)省了繪制各種表格的煩惱。點擊自動生成word文件，見附件1。最終得到優(yōu)化后的每個變量的最優(yōu)值如下表。</p><p>　　Optimum design point:</p><p>　　將每次的夾緊力的大小隨實驗次數(shù)的變化繪制出下圖，可以看出，在-1900左右達到最大。</p><p>　　將接下來利用優(yōu)化算法MOST進行優(yōu)化仿真，操作步驟基本相同，最后輸出結(jié)果見

94、附件2。最終得到優(yōu)化后的每個變量的最優(yōu)值如下表。</p><p>　　Optimum design point:</p><p>　　將每次的夾緊力的大小隨實驗次數(shù)的變化繪制出下圖，可以看出，在-1500左右達到最大，比第一次實驗得到的數(shù)據(jù)更大。</p><h3>　　5.6 結(jié)果分析與評價</h2><p>　　本文利用了兩種優(yōu)化算法同時進

95、行仿真優(yōu)化，得到的結(jié)果不同，我們發(fā)現(xiàn)采用連續(xù)二次規(guī)劃法（NLPQL）得到的結(jié)果更優(yōu)，同時在實驗過程中，通過改變變量的變動范圍，對結(jié)果也有很大的影響，如何確定每個變量的范圍，值得進一步探討。通過多次改變變量的范圍，從而找到最優(yōu)的范圍，但這一方法的缺點是變量較多，不能確切的找到最好的結(jié)果，只能得到較優(yōu)的結(jié)果。</p><p>　　參考文獻[8]中將夾緊力優(yōu)化到了2500N，但是我們發(fā)現(xiàn)這個結(jié)果是有待商榷的。我們將論文

96、中的數(shù)據(jù)代入到ADAMS中后發(fā)現(xiàn)，最終得到的夾緊機構(gòu)無法實現(xiàn)自鎖，也就是說，在測量角度未達到0時，就已經(jīng)無法繼續(xù)向下壓了，出現(xiàn)這種問題的原因之一就是變量范圍設(shè)置的不合理，以及未對實驗結(jié)果進行討論分析，只是一味地追求最大力，而最大的力不一定是最好。</p><p>　　本次設(shè)計未考慮所夾的物體所能承受的最大的力，如果夾緊機構(gòu)自鎖產(chǎn)生的力過大，就會導致被夾的物體發(fā)生變形或損壞，二機構(gòu)本身的強度不夠也會導致機構(gòu)發(fā)生斷裂

97、等危險。所以，最終得到的結(jié)果還需要進一步進行優(yōu)化、研究。</p><p><b>　　總結(jié)及心得體會</b></p><p>　　通過查閱資料，老師講解，閱讀教程，我們順利完成了航空飛行器夾緊機構(gòu)模型建立以及初步優(yōu)化工作，最優(yōu)化設(shè)計以及多體動力學分析將會在第三次報告中體現(xiàn)。</p><p>　　本次的課程設(shè)計經(jīng)歷了毫無頭緒、閱讀文獻大概了解、

98、學習軟件初步完成的過程，在研究期間我們互相學習，共同進步，也感受到了團隊合作的重要。逐漸對ADAMS從陌生到熟悉，對科研過程從盲目到稍有頭緒。風雨共濟，矛盾不可避免地發(fā)生過幾次，但最后都達成一致，互相理解，而這之間建立的友誼難能可貴。</p><p>　　在ADAMS仿真與優(yōu)化做完后，我們并不滿足于現(xiàn)有的結(jié)果，世上難以出現(xiàn)最好，只能是更好。通過查閱大量的文獻，找到了一篇論文利用ISIGHT將夾緊力優(yōu)化到了1575

99、N，是初始夾緊力的兩倍。找到了問題的突破口于是就查找到了相關(guān)的更多文獻，更多的信息。于是，我們開始深入了解、學習ISIGHT的優(yōu)化方法。</p><p>　　首先我們按照論文中的方案進行，在一次次失敗后我們依然沒有放棄，最終功夫不負有心人，成功地得到了想要的結(jié)果。但問題還沒有結(jié)束。通過對問題的進一步分析，我們對論文中的方法和結(jié)果產(chǎn)生的懷疑。這是合理的結(jié)果嗎，這是更好的方法嗎？</p><p&g

100、t;　　經(jīng)過更多的嘗試，更多的學習，我們發(fā)現(xiàn)，洪鵑教授的論文中其實采用了一種最笨的方法，也是一種最容易出錯的方法，我們找到了一個可以高效快速解決問題的方法，也就是文中的方案二。</p><p>　　最后，通過對實驗結(jié)果的分析，我們發(fā)現(xiàn)問題并沒有真正的解決，雖然是一個看似簡單的夾緊機構(gòu)，卻存在很多更深層次的問題值得我們探討、研究，而這些問題也是依靠現(xiàn)有的知識所無法解釋、無法解決的，例如優(yōu)化算法的選擇、變量范圍對結(jié)果

101、的影響等。希望通過以后更多的學習，能夠?qū)⑦@一課題做的更好。</p><p>　　到目前為止，機械原理課程基本結(jié)束了，通過做這個項目、課堂的學習我學到了很多，也知道了自己的力量是有限，思維也是狹窄的，只有與人分享、和團隊里的其他人一起探討研究，才能有更大的提高。本次論文分別由XXXX一起共同完成，XXX負責ADAMS模型的建立以及參數(shù)化的寫作，XXX負責最優(yōu)化以及ISIGHT初步優(yōu)化的寫作，XX負責ISIGHT與A

102、DAMS聯(lián)合優(yōu)化的部分以及結(jié)果分析總結(jié)等部分。雖然是由三人分別完成，但在寫作過程中，都是3人共同討論、修改，最終定稿。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] ADAMS/View 使用入門練習。http://www.mscsoftware.com</p><p>　　[2] 馬闖，吳洪濤，谷坷，基于ADAMS

103、的夾緊機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，機械制造與研究，2006.11</p><p>　　[3] 李云， 基于ADAMS的夾緊機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，新技術(shù)新工藝，2010.6</p><p>　　[4] 侯衍勇，基于ADAMS的夾緊機構(gòu)虛擬樣機仿真分析和優(yōu)化設(shè)計，科技向?qū)В?014.11</p><p>　　[5] 李慶國，曾慶良，范文慧，多體動力學優(yōu)化方法，煤礦機電2007.3</p