設計仿真 | Adams變拓撲分析之傳感器

在多體仿真中，所面臨的工況有很多種，不是簡單的規(guī)定一個時間，給定一個輸出步數(shù)就能滿足所有工況的仿真要求，經(jīng)常面臨仿真過程中對系統(tǒng)拓撲關系的變化、模型參數(shù)的調(diào)整等需求。此時，Adams中的sensor（傳感器）就有了用武之處，通過sensor可以獲得某種狀態(tài)，再通過腳本展開后繼的模型修改，從而可以完成絕大多數(shù)變拓撲相關的任務要求。本文不再描述簡單的sensor應用，而是針對稍微復雜一些的工況融合sensor展開建模和仿真說明。

PART.01

傳感器功能

傳感器的基本功能類似編程中的if…else語句，通過在仿真過程中實時監(jiān)測所定義事件的狀態(tài)，然后實現(xiàn)修改仿真的目的，再結合腳本命令實現(xiàn)修改模型的目的。這里的事件通常通過邏輯函數(shù)的方式完成定義，即利用函數(shù)表達式與給定目標的比較實現(xiàn)邏輯的定義。一旦返回邏輯真，sensor將會有很多方式進行仿真的修改，比如終止仿真、重啟、返回等。對于sensor的深入使用，必須分清楚如下幾個概念，函數(shù)表達式（function）、事件評估（evaluate）和senval()函數(shù)。

函數(shù)表達式

通過上圖，可以查看函數(shù)表達式的對話框位置。這里的函數(shù)表達式是為了實現(xiàn)邏輯判斷，通過函數(shù)構建器完成所需要的函數(shù)表達式的定義，也或者叫做事件的定義，但需要明確這里僅僅是事件定義中的函數(shù)表達式的定義，后面還需要完成比較定義后，才是完整的事件定義。Adams/Solver正是在仿真過程中，實時監(jiān)測該事件獲得邏輯值的真或假。

事件評估

通過上圖，可以查看事件評估的對話框位置。這個地方的expression，僅當sensor事件觸發(fā)時進行計算，并且可通過senval()獲得其值。不要小看senval()函數(shù)的作用，它可以讓仿真更加靈活，更符合實際工程所需。

PART.02

應     用

第一個實例，實現(xiàn)計數(shù)功能。

建模要素：創(chuàng)建一個水平的圓柱，在一端定義轉動副，并施加驅(qū)動，確保其可以圓周回轉。然后進行sensor的定義，按照圖示完成定義，其中位移函數(shù)使用圓柱質(zhì)心點和轉動鉸處點，事件評估處使用senval()函數(shù)的計數(shù)形式。比較符號采用了equal，比較值為0也即質(zhì)心點通過y軸時觸發(fā)事件并完成事件評估計算。

完成模型創(chuàng)建后，進行2秒的計算，這里的驅(qū)動設置為360度每秒，因此，可以看到下圖中左側曲線經(jīng)歷了兩個周期，也即圓柱轉動了兩圈。前面已論述觸發(fā)事件為質(zhì)心通過Y軸，因此，整個歷程中會有四次事件觸發(fā)，因此，右側曲線為每次事件觸發(fā)的時間和最終的計數(shù)，兩者正好對應。

當然，這類計數(shù)的效果Adams還有很多方式可以實現(xiàn)，但是通過sensor結合事件評估與senval()函數(shù)的方式，是我們經(jīng)常采用的一種方法，總體比較簡單直接。通過這個簡單的實例期望對三者的功能有深入的了解，以便展開下一實例的應用。

第二個實例，當一個模型中有多個sensor時，我們并不清楚本工況下，哪個sensor首先觸發(fā)，因此，在后繼編寫腳本時不能確定先寫哪個sensor對應的相關命令，本實例應對該種需求。

建模要素：建立四個球體，從上到下分別為Part_a，Part_b，Part_c，Part_d，其中前兩個與大地建立水平滑移副，后兩個與大地建立豎直滑移副，并且前兩個在質(zhì)心處作用水平力，分別為200N，100N(后繼互換)，在后兩個豎直滑移副上定義驅(qū)動，以表征sensor事件觸發(fā)后的動作。最后分別定義兩個sensor，事件函數(shù)分別為a，b兩球的水平速度，比較值分別為10米每秒和15米每秒，由于這里長度采用毫米為單位注意轉化。

完成所需的建模元素定義，為了實現(xiàn)兩個sensor的觸發(fā)不受次序的影響，專門將觸發(fā)后的動作與之通過senval()函數(shù)進行了關聯(lián)，如下所示：

當sensor沒有觸發(fā)時，senval()的返回值為0，造成驅(qū)動速度為0，小球固定在原位不動，當sensor觸發(fā)時，senval()的返回值為1，造成驅(qū)動速度為1000，小球?qū)⒀刎Q直軸滑動。

模型中的建模元素保持不變，僅僅將兩個驅(qū)動力的幅值進行呼喚，由于sensor的事件定義沒有跟著變，兩次觸發(fā)的時間是不同的，再次驗證這種方法的適用性。

上圖為紅球施加200N作用力，綠球施加100N作用力的情形。監(jiān)測紅球水平速度0.2秒左右達到觸發(fā)條件即10米每秒，通過上圖中上面的曲線可以看到在0.2秒左右其值發(fā)生了突變。監(jiān)測綠球水平速度0.6秒左右達到觸發(fā)條件即15米每秒，通過上圖中下面的曲線可以看到0.6秒左右其值發(fā)生了突變。由于紅色球的觸發(fā)條件低于綠色球，且紅色球的作用力又大于綠色球，這兩方面都促使了紅色球首先達到觸發(fā)條件，基于這個工況中兩球觸發(fā)的事件可以橫比于后面的工況。

上圖為紅球施加100N作用力，綠球施加200N作用力的情形（通過圖中力的矢量長度也可判斷力的相對大?。?。監(jiān)測紅球水平速度0.4秒左右達到觸發(fā)條件即10米每秒，通過上圖中上面的曲線可以看到在0.4秒左右其值發(fā)生了突變。監(jiān)測綠球水平速度0.3秒左右達到觸發(fā)條件即15米每秒，通過上圖中下面的曲線可以看到0.3秒左右其值發(fā)生了突變。對兩球前后兩次工況的橫比，結合v=at，可以看到是合理的。

當然，前后兩次工況下，后面兩個動作球，即c和d，有對應觸發(fā)后的動作體現(xiàn)，通過該例實現(xiàn)了多個傳感器條件下，不受限于觸發(fā)次序的工況要求。

PART.03

總   結

變拓撲分析是多體動力學中比較重要也很常見的分析類型，sensor作為Adams中獲取設定事件狀態(tài)的主要功能，再結合函數(shù)、腳本等功能可以有效應對各種類型的變拓撲分析應用。另外，sensor定義中包含了系列參數(shù)，如果要對其有更為靈活和深入的使用，需要對這些參數(shù)有準確的理解，前述的實例僅僅比常規(guī)的sensor應用拓展了事件評估以及senval()函數(shù)的應用。

針對變拓撲分析將展開后繼子程序應用模式說明，相比單純的sensor應用將拓展到另一維度，進一步提高應用性。待更。