Adams非线性弹簧设置

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在使用Adams View进行建模的过程中，有时会用到线性弹簧或非线性弹簧。本文主要对使用Adams View进行弹簧建模的过程进行简单介绍。

一、前言

主要说明两个方面：

1、线性弹簧是指力与位移的比值为定值，也就是刚度一定。否则就是非线性弹簧；

2、工程上常见的非线性弹簧有空气弹簧、或变螺距等参数的螺旋弹簧等。为了使仿真结果更加接近实际，就需要使用弹簧的非线性数据。

在Adams View中使用线性弹簧时，可直接添加弹簧单元；使用非线性弹簧时，可通过创建SPLINE函数或使用AKISPL插值函数实现。其中，SPLINE函数指的不是刚度(N/mm)，而是力和变形（位移）的关系，它的斜率才是刚度。

接下来将介绍具体建模步骤。

二、建模步骤

本文以Adams教材中的典型例子进行演示。首先在中心位置建立一个Box体，并修改其质量，如图1所示。     

在Force下选择弹簧单元，并定义其刚度和阻尼系数。分别选取Box中心点和中心点上方400mm的位置，点击确认后即创建成功，如图2所示。

在Box中心建立一个移动副，使其沿弹簧伸缩的方向运动：点击Connectors下Joints里面的移动副，并分别选择Box和大地以及移动副的方向完成创建，如图3所示。

接下来，右键选中弹簧单元，找到Measure选项打开，选择对弹簧的力进行监测。然后进入Simulation下打开仿真控制对话框并运行仿真计算，如图4所示。得到弹簧力的曲线如图4中右上所示。

至此，即完成线性弹簧的建模过程。接下来将分别介绍两种非线性弹簧的设置过程。

1、使用SPLINE函数建立非线性弹簧

右键选中弹簧单元，进入Modify对话框，在刚度下拉框中选择最后一个：使用函数。

然后在其右侧空白处右键选择新建SPLINE函数。弹出对话框后，在X和Y下分别输入非线性弹簧对应的位移和力的数据。如图5所示。

同样保留对弹簧力的监测，运行仿真后的结果如图6所示。

需要说明的是，此时显示的弹簧力曲线是以大地为参考点的。

2、使用AKISPL插值函数建立非线性弹簧

此时，是使用一元力(Two Bodies)代替弹簧，并通过插值函数定义这个力来实现的。之所以使用插值函数，是为了得到实测数据两个横坐标值之间的数据对应的纵坐标值（即试验未测到的数据）。

点击Applied Forces左上角的创建Force，完成相应设置后、依次选择作用体与反作用体、作用点与反作用点后，点击确认完成一元力的创建，如图7所示。

其中，大地上反作用点的位置为中心点向上400mm处。弹出的对话框中，先点击OK退出。

然后，顶部工作栏File导入准备好的非线性数据，各项设置如图8所示。

然后，右键选中力单元，进入Modify对话框。在Function处点击右侧按钮进入Function Builder对话框，输入AKISPL插值函数（见文末Note），如图9所示。

其中，这里的插值函数定义为：

-AKISPL(DM(MARKER_3,CM)-400,

0,SPLINE_1,0)

式中，dm意为返回两点之间的距离；减去400mm意为零点位置为初始位置。其他可参考Note的解释。

同样设置力的监测，但在From/At处选择大地为参考点，如图10所示。

最后运行仿真，结果如图11所示。

仔细对比图6和图11发现，二者监测到的力的曲线不完全一致，这就是由于数据拟合造成的影响。

为了保留最原始的解释，这里使用了原英文的介绍：

Akima Fitting Method (AKISPL)

Definition: Returns either a derivative of a curve or an interpolated value from a curve orsurface. The curve is fit exactly through a set of discrete data points usingan Akima spline fitting method.

Format: AKISPL (First Independent Variable, Second Independent Variable, Spline Name,Derivative Order)

Arguments:

First Independent Variable (required): Real variable that represents the firstindependent variable in the spline.

Second Independent Variable (optional): Real variable that represents the secondindependent variable in the spline.

Spline Name (required): The name of the existing data element spline modeling entitythat defines the set of discrete data points to be used for the interpolation.

Derivative Order (optional): The order of the derivative to be taken at the interpolatedpoint (integer). The legal values are: 0-returns the curve coordinate value; 1-returnsthe first derivative; 2-returns the second derivative

Note: Derivative Order may not be specified when interpolating on a surface; that is, when the Second Independent Variable=0.