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(1)

ADAMS 소개

전산기구학 2014.10

Automatic Dynamic Analysis for Mechanical System

(2)

목 차

제1부. ADAMS 제품 개요

제2부. ADAMS 사용법

제3부. ADAMS를 이용한 기구동역학 해석예제

(3)

제1부.

ADAMS 제품 개요

(4)

ADAMS 꾸러미 ADAMS 꾸러미 포함내용;

ADAMS/View

ADAMS/Exchange

Adams/Solver

Adams/Solver SMP

Adams/Linear

Adams/Insight

Adams/PostProcessor

Adams/Flex

Adams/Controls

Adams/Durability

Adams/Vibration

(5)

가상 시제품

ADAMS 는 제품에 대한 기능상의 성능을 가상 실험한다.

(6)

위험 감소

제품개발과정에서 조기에 설계개선을 함으로서 위험을 줄인다.

설계개선이 늦어질 수록 위험도가 커진다.

Concept Design Validate Assembly Service

Information Risk

(7)

시간 및 비용 절감

전통적인 실재 시제품제작 보다 싸고 빠른 설계변경을 수행한다.

Swap in New Bushing

+ = 24 시간

+ =

Update Bushing Definition

5 분

(8)

품질 개선

전체 시스템 성능을 최적화할 수 있는 수많은 설계방안들 두루 섭렵함으 로써 제품의 품질을 개선한다.

롤각 대 시간 중복 에니메이션

(9)

사례: Sanyo

전체 시스템 성능을 최적화할 수 있는 수많은 설계방안들 두루 섭렵함으 로써 제품의 품질을 개선한다.

Number of design parameter

With simulation + Taguchi Method With

Simulation

4374 cases Reduce

35%

Original

Displacement of Body Cabinet

few

60 cases

Reduce 70%

사업분야:

일반기계 제조 주어진 문제:

세탁기의 진동저감 해법:

ADAMS로 세탁기를 모델링하고 최적화 설계 (다 구치 기법)적용

평가:

기계진동의 70%를 감소하였음

More and more What-If studies with ADAMS virtual prototype are the key for our design optimization.”

-- Mr. Takao Kinouchi, Chief Researcher, SANYO Electric Co,. Ltd

Before After

(10)

통합 기반

MSC.Nastran MSC.EASY5

In House Tire Models

Detailed Loading Conditions for MSC.NASTRAN

Stress time Histories for MSC.Fatigue CAD 데이터, 다른 소프트웨어 결과 수

상세 응력 및 피로 해석 결과를 보여줌

3D CAD

(11)

CAD 통합지원

도전과제 : 부품회사와 사용자들은 여러가지 CAD 를 사용하고 있다.

Unigraphics Solid Edge

SolidWorks

CATIA V5

CATIA V4 ProEngineer

AutoDesk

MSC.ADAMS

MD.ADAMS 은 모든 주요 CAD systems을 받아 들일 수 있다

(12)

MD.Nastran (유한요소해석용] 통합

유연체 처리

MD.Nastran 에서 MD.ADAMS 로

Nastran 에서 MNF 직접 작성

해법 SOL 103,111,112, and 106 지원

응력 및 변형율 모드 포함

DMAP 수정 불필요

하중 제공

MD.ADAMS 에서 MD. Nastran 로

강체 및 유연체 대상

접촉점에서의 하중을 자동적으로 포함

하중제공 개별적 시간간격 규정

(13)

MSC.EASY5 [자동제어해석용]통합

MSC.EASY5 의 사실적인 제어모델을 이용한 모델 충실도 개선

(14)

산업-특수 응용

VI-AirCraft

[ADAMS Plug-in] ADAMS/Car VI-Rail

[ADAMS Plug-in]

ADAMS/Driveline FEV Virtual Engine

[ADAMS Plug-in]

(15)

기존의 시뮬레이션

MSC.ADAMS 산업 특수응용은 산업 표준 시뮬레이션의 실험영역을 제 공한다.

Automotive Aerospace

Landing Gear Actuation Take-off and Landing

Drop Test Suspension Tests

Taxi Simulation Clutch Drop

Straight Line Acceleration ISO Lane Change

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ADAMS/Car

Template-based Solution (형판 기반 해법)

Rear

Suspension

Rear Tires Front

Tires

Engine Steering

Front

Suspension

전체차량은 평판을 모아서 만들어진다

Full Vehicle assemblies created from

template-driven subsystems

(17)

사례: Magna Steyr

사업분야: 자동차 제조 및 설계; 구동 부품

도전: 각 개발단계마다 사용되는 새로운 시제

해법: 모듈(형판)기반 ADAMS/Car 로 단일 가 상차량 만들기

가치: 단일 차량사용으로 원가 및 시간 절감

Magna Steyr uses ADAMS/Car, due to its particular advantages for solving tasks in the areas of:

Elasto-kinematics and vehicle dynamics

Cross-sectional forces as input data for subsequent fatigue life estimation

NVH calculation”

– Dr. Anton Riepl

Magna Steyr

(18)

시스템 (완성차] 시뮬레이션

C ompone 부품 nts

S ubsy 시스템stems

S yste 시스템 ms

(19)

다양한 성능항목 최적화

Safety(안전도)

Durability(내구) Packaging(꾸리기)

Vibration(진동)

다양한 제품항목을 평가하기 위해 단일 자원을 사용함으로써 시간 및 돈 절감 ( Save time and money )

Motion(주행)

(20)

ADAMS/Durability [내구]

완성차 내구평가

• 설계평가

• 시험결과 상관관계 비교

• 칼라 크기그림(Contour Plots)

• 강력한 그림능력

• 주요항목표

• 수명예측을 위한 유한요소 및 피로 프로그램과 데이터 교환

(21)

사례: John Deere

사업분야: 농기구제조

도전사항: 내구설계공정의 단축

해법: 내구시험을 가상시험실로 대치

가치: 첫변째 실물 시제품제작 이전에 중

요한(Critical) 부위 확인

Using the new method, we have reduced the number of physical prototypes from three or four previously, down to one on our two most recent designs.

– Terry Ewanochko

Product Engineer, John Deere Welland Works

(22)

ADAMS/Vibration [진동]

MD.ADAMS Model 로 완성차 진동해석 수행

주파수영역의 응용

(23)

ADAMS/Flex [유연체]

가상시제품개발(VPD)에 유연체 추가

유한요소프로그램과 데이터 교환

MSC.Nastran, MSC.Marc and Patran과 긴밀한 통합

모든 MSC.ADAMS 산업 특수제품에 지원

(24)

Increase Fidelity [충실도 증대]

ADAMS/Flex 는 실제 시험데이터와 상관관계 및 충실도를 증대시킨다.

(25)

ADAMS/Controls [제어]

기계장치와 제어장치의 작동을 동시에 이해한다.

(26)

예 : Landing Gear 낙하시험

MSC.EASY5 의 유압장 치모델

MSC.ADAMS 의 기계 장치모델

View results in both MSC.ADAMS and MSC.EASY5

(27)

ADAMS/Insight [통찰]

현행 파라메터 방법: A 를 B 에 비교할 뿐이다

ADAMS/Insight [통찰] : 시스템 거동의 통찰(깊은 이해)을 얻는다.

(28)

ADAMS/Insight [통찰]

Collaborate more effectively on design

performance!

최적설계

Automatically generate web pages or Excel

files of your DOE’s

실험계획법 적용

(29)

사례: McPherson Strut Design

사업분야: 자동차 TIER1

도전분야: 개발과정 경비절감. OEM고객에게 낮은 가격의 우수한 설계를 제공할 수 있도록

Solution:

MSC.ADAMS 를 이용한 시스템 시뮬레이션으로 영향을 주는 인자 를 평가하기 위한 실험계획법 (DOE)을 사용하여 최적설계를 구 하였다.

Value:

ADAMS/Insight 와 MSC.ADAMS 를 병합 사용함 으로서 고가의 실 물 시제품 제작을 하지 않고 최적 강인설계를 구할 수 있었다.

Comparison of Strut side Force

(30)

MD.ADAMS 요약

제품의 성능에 대하여 가상의 제작, 시험 검토 및 개선이 기능하도록 한 다.

위험요소를 줄이고 시간과 돈을 절감하는데 도움을 줌으로서 제품의 전 반적인 성능을 향상시킨다.

단일 가상의 시제품으로 다양한 성능특성을 해석할 수 있는 능력을 제공 한다.

유명한 제조업체에서 개발된 산업특수 응용프로그램을 수용한다.

(31)

제 2 부.

ADAMS 사용법 (ADAMS/View)

(32)

ADAMS/View 인터페이스 개요

Model Hierarchy (모델체계)

ADAMS/View 모델체계

• ADAMS/View 는 모델체계에서 객체기반(objects based) 으로 이름을 만든다 예, ADAMS/View 는 하나의 geometry

를 .model_name.part_name.geometry_name. 으로 이름 짓는다.

• 한 객체의 부모를 바꾸면 객체의 이름을 다시 짓는다. (족보와 유사)

(33)

ADAMS/View 인터페이스 개요

Model Hierarchy (모델체계)

ADAMS/View 이름짓기 규정

사용자가 나중에 개명 가능

(34)

ADAMS/View 인터페이스 개요

ADAMS/View Main Window

Main Toolbox

Model Name

Working Grid Menus

Tool

Arrow Denotes Toolstack

Toolbox Container

View

Triad Status bar : 작업상태 및 ADAMS 요구사항

(35)

ADAMS/View 인터페이스 개요

ADAMS/View Main Toolbox (Modeling/Simulation/Animation)

시뮬레이션-기계장치를 나타내는 운동방정식 을 푸는 것

에니메이션- 이전에 완결된 시뮬레이션의

그림재생

(36)

ADAMS/View 인터페이스 개요

ADAMS/View File Formats (파일형식)

ADAMS/View database files (.bin)

• Include the entire modeling session including models, simulation results, plots, and so on.

• Are typically very large.

• Are platform independent in ADAMS 11.0 but all other versions are platform dependent.

ADAMS/View command files (.cmd)

• Include only model elements and their attributes.

• Are relatively small, editable text files.

• Are platform independent.

ADAMS/Solver input files (.adm)

Geometry files (STEP, IGES, DXF, DWG, Parasolid, etc)

Test and spreadsheet data files

Simulation results files (.msg, .req, .out, .gra, .res)

(37)

ADAMS/View 인터페이스 개요

ADAMS/View Post Processing Interface (후처리 작업)

Plotting (선도)

Mode Type

Tree View

Main Toolbar

Viewport

List of Simulation Results

Types of Results to be Displayed

List of Requests/

Results

Manages Curves

(38)

ADAMS/View 인터페이스 개요

ADAMS/View Post Processing Interface (후처리 작업)

Animation(동영상)

Dashboard Categories Reset/Rev/

Pause/Fwd /Record

Animation Setting Slider Bar Mode

Type

Tree View

Main Toolbar

Viewport

(39)

좌표계 : Coordinate System

좌표계의 정의

A coordinate system is essentially a measuring stick to define kinematic and dynamic quantities.

• 좌표계는 기구 동역학적인 양 을 정의

• 하기 위한 측정잣대이다.

좌표계의 종류

Global coordinate system (GCS)

• Rigidly attaches to the ground part. (고정좌표계)

• Defines the absolute point (0,0,0) of your model and provides a set of axes that is referenced when creating local coordinate systems.

Local coordinate systems (LCS) - 국소좌표계

• Part coordinate systems (PCS) - 부품좌표계

• Markers (마커)

(40)

부품과 지오메트리의 특성

Parts (부품)

다른 강체와 상대적인 운동을 할 수 있는 강체를 정의하며 다음과 같은 속성을 지닌다.: (부품의 속성)

Mass (질량)

Inertia (관성모멘트)

Initial Location(초기위치,각도)

Initial velocities (초기속도)

(41)

부품과 지오메트리의 특성

Geometry (지오메트리)

지오메트리는 부품의 보이기를 좋게하기 위한 그림을 추가하는데 사용 한다. (부품을 나타내는 그림)

Length (길이)

Radius (반경)

Width (폭)

☞ 계산에서는 꼭 필요하지 않음

(42)

부품과 지오메트리의 특성

Dependencies in ADAMS (종속성)

ADAMS/View에서 부품, 지오메트리, 마커 사이의 관계를 이해하기 위 해서는 , 아래 그림의 종속성을 이해할 필요가 있다 :

[부품, 지오메트리, 마커 들 사이의 종속관계]

(43)

부품과 지오메트리의 특성

Types of Parts (부품의 종류)

Rigid bodies (강체) – 움직일 수 있음

• Are movable parts.

• Possess mass and inertia properties.

• Cannot deform. : 변형불가

Flexible bodies (탄성체) -움직일 수 있음

• Are movable parts.

• Possess mass and inertia properties.

• Can bend when forces are applied to them. :변형가능

Ground part (고정체) – 관성 프레임 : 항상 고정

• Must exist in every model and is automatically created when a model is created in ADAMS/View.

• Defines the GCS and the global origin and, therefore, remains stationary at all times.

• Acts as the inertial reference frame for calculating velocities and acceleration.

(44)

부품과 지오메트리의 특성

Part Mass and Inertia Properties (부품의 질량과 관성모멘트)

3차원 강체에 대하여자동적으로 질량/관성모멘트계산

부품의 밀도와 형상에 근거하여 질량과 관성모멘트 계산

질량 및 관성모멘트는 사용자가 크기 수정가능

부품의 질량중심 마커(cm)에 질량, 관성주축에 관성모멘트

사용자가 질량 중심마커(cm) 위치 수정가능

(45)

부품과 지오메트리의 특성

Measures in ADAMS (측정)

측정이란 시뮬레이션도중에 아래와 같은 정량적 데이터를 표시하는 것

• 부품의 특정 점에서의 위치, 속도, 가속도

• 조인트에서의 반력

• 두 강체 사이의 각

• 사용자가 함수로 정의한 기타 량

시뮬레이션도중에 다른 시간에 측정한 데이터를 저장한다.

Definition of Object Measures (물체측정의 정의)

모델안의 부품, 힘, 구속등에 대한

측정 가능한 특성들을 측정하는 것

• 부품 : 중심위치, 중심속도, 운동에너지

• 스프링 : 변형, 스프링력

• 조인트 : 상대속도, 구속력, 토크

(46)

구속의 종류 ; 조인트의 종류

Definition of a Constraint (구속의 정의)

부품간 상대운동 제한.

이상화된 연결 표현.

병진이나 회전운동의 자유도를 뺏는다.

Types of a Constraint (구속의 종류)

Ideal Joints (이상 조인트)

• Revolute/Translational/Cylinderical

• Spherical/Universal/Hook/Fixed

• Screw/Planar/Gear/ Coupler

• Higher Pair/General Constraint

Joint Primitives (조인트 원형)

• Parallel Axes/Perpendicular/Orientation

• InPlane/Inline

(47)

모델 요소

Force Elements (힘요소)

Applied Force (하중)

• Single Component(Force/Torque)

• Three Component(Force/Torque)

• Six Component(Force/Torque)

Flexible Connections (탄성연결)

• Bush/Beam/Field

• Spring(Translation/Rotational)-스프링

Special Force (기타 힘)

• Contact/Tire/Modal Force/Gravity

Motion Generator (운동발생기)

Joint Motion(Translation/Rotational)

• 조인트 운동(병진/회전)

Point Motion(Single/General)

(48)

제3부.

ADAMS 를 이용한 기구동역학 해석 예제

(49)

실습 1. 포물선 운동

Problem statement (문제설명)

그림과 같이 돌맹이를 60도 각도로 초기속도 6 m/s로 쏘아 올릴 때 지면에

도달하는 거리 R 을 구하라

(50)

실습 1. 포물선 운동

작업 절차

MD.ADAMSr3 아이콘 실행

모델 정의

a. Create a new model

b. Start in directory

c. Model name : Projectile_motion

d. Gravity : Earth Normal(-Global Y)

e. Units : MMKS - mm,kg,N,s,deg

(51)

실습 1. 포물선 운동

작업 절차

평판 생성 ;

a. Main Toolbox → Rigid Body

→ Box 선택

b. Toolbox container :

On Ground

Length : 3500 mm

Height & Depth : 100 mm

c. 마우스를 이용하여 Box의 corner 좌표를 선택 : 0, -100, 0

③-a

③-b

③-c

(52)

실습 1. 포물선 운동

Workshop Procedures

구 생성 ;

a. Main Toolbox → Rigid Body

→ Sphere 선택

b. In the toolbox container:

New Part

Radius : 100 mm

c. 마우스를 이용하여 Sphere의 center 좌표를 선택 : 0, 100, 0

d. Sphere의 이름 변경 : Stone

e. Mass Property 변경

Mass : 1.0 kg

Ixx/Iyy/Izz : 1.0

Part 초기값 설정 ;

a. Part 초기값 설정

Part → Modify

→ Velocity Initial Conditions

Vx0 = 6000*cos(60°) = 3000 mm/s

Vy0 = 6000*sin(60°) = 5196 mm/s

④-d ④-e

⑤-a

(53)

실습 1. 포물선 운동

작업 절차

Measure 생성 ;

a. Part → Measure 선택

CM Position

» X displacement

» Y displacement

CM Velocity

» X velocity

» Y velocity

해석 조건 ;

a. Analysis Type : Default(Dynamic)

b. End Time : 1.5 sec

c. Step Size : 0.01

⑥-a

(54)

실습 1. 포물선 운동

작업 절차

Animation ;

a. Review → Animation Controls 선택

Trace Marker : CM marker

⑧-a

(55)

실습 1. 포물선 운동

작업 절차

Plotting ;

a. Review → PostProcessing 선택 [F8]

b. Plotting & Animation

Objects

Measures

모델 저장 ;

a. File → Save Database[.bin]

b. File → Export[.cmd]

[퀴즈] 선도로부터 구한 R값을 물리학의 포물체운동 에서 구한 값과 비교해보아라.

R= (v

2

sin 2θ )/g

(56)

실습 2. 단진자

Problem statement (문제설명)

막대가 수직면상에서 흔들릴 때 A에서 핀으로 지지되는 초기 힘을 구하라 (초기 각변위 (θ

0

) 와 초기각속도(θ

0

)는 아래와 같이 주어졌다.)

또한 진자의 주기를 구하라.

(57)

실습 2. 단진자

작업 절차

MD.ADAMSr3 아이콘 실행

모델 정의

a. Create a new model

b. Start in directory

c. Model name : Single_pendulum

d. Gravity : Earth Normal(-Global Y)

e. Units : MMKS - mm,kg,N,s,deg

(58)

실습 2. 단진자

작업 절차

Pendulum 생성 ;

a. Main Toolbox → Rigid Body

→ Link 선택

b. Toolbox container :

New Part

Width : 20 mm

Depth : 27.5 mm

End-point

(0,0,0) & (450,0,0)

c. Sphere Geometry 추가 :

Add to Part

Radius : 25 mm

Center Point : (450,0,0)

d. Part Rename : Pendulum

e. Part Mass Property 변경 ;

Mass : 1kg

Ixx/Iyy/Izz : 0

f. CM Point 변경 ; (450,0,0)

③-b ③-c

(59)

실습 2. 단진자

작업 절차

구속조건 생성 ;

a. Main Toolbox → Joint

→ Revolute 선택

b. Toolbox container :

Construction

» 2 Bod-1 Loc

» Normal To Grid

First Body : Pendulum

Second Body : Ground

Joint 초기값 설정 ;

a. Joint Rename : rev_pivot

b. Joint → Modify

→ Initial Conditions 선택

Rot. Displ. : -30

Rot. Velo. : -300

④-b

⑤-a,b

(60)

실습 2. 단진자

작업 절차

Measure 생성 ;

a. Part → Measure 선택

CM Position

» X displacement

» Y displacement

CM Velocity

» X velocity

» Y velocity b. Joint → Measure 선택

Joint Force

» X axis

» Y axis c. Angle Measure

Angle Measure를 위한

Ground Marker 생성(Main Toolbox)

» Part → Marker

» Add to Ground

» Point : (450,0,0)

» Marker Rename : Angle_ref

Build → Measure → Angle → New

» Measure Name : Pendulum_angle

» First Marker : Angle_ref

» Second Marker : ground.Marker_5

» Last Marker : Pendulum.cm

⑥-b

⑥-c

(61)

Workshop 2. Single Pendulum

작업 절차

해석 조건 ;

a. Analysis Type : Default(Dynamic)

b. End Time : 1.5 sec

c. Step Size : 0.01

Animation ;

a. Review → Animation Controls 선택

Trace Marker : CM marker

Plotting ;

a. Review → PostProcessing 선택 [F8]

b. Plotting & Animation

Objects

Measures

모델 저장 ;

a. File → Save Database[.bin]

b. File → Export[.cmd]

[퀴즈] 선도에서 구한 진자의 주기를 운동학에서 구한 값과 비교하라.

T = [SQRT (g/L) ]/ (2π)

⑨-a,b

(62)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

Problem statement (문제설명)

4절 기구를 구성하라

4절 기구에 대하여 모델링하고 기구/동역학 해석을수행하라

Rotational Motion

J/Rev

J/Rev

J/Trans J/Rev

(63)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

작업 절차

MD.ADAMSr3 아이콘 실행

모델 정의

a. Create a new model

b. Start in directory

c. Model name : Slide_crank

d. Gravity : Earth Normal(-Global Y)

e. Units : MMKS - mm,kg,N,s,deg

(64)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

작업 절차

Link 생성 ;

a. Main Toolbox → Rigid Body

→ Link 선택

b. Toolbox container :

Link_01

» New Part

» Width : 20 mm

» Depth : 10 mm

» End point

(0,0,0) & (150,200,0)

Link_02

» New Part

» Width : 20 mm

» Depth : 10 mm

» End point

(150,200,0) & (550,150,0)

Link_03

» New Part

» Width : 20 mm

» Depth : 10 mm

» End point

(550,150,0) & (600,0,0)

③-b

Link_01

Link_02

Link_03

(65)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

작업 절차

구속조건 생성 ;

a. Main Toolbox → Joint

→ Revolute & Translational 선택

b. Toolbox container :

Joint_1

» Type : Revolute

» First Body : Link_01

» Second Body : Ground

Joint_2

» Type : Revolute

» First Body : Link_01

» Second Body : Link_02

Joint_3

» Type : Revolute

» First Body : Link_02

» Second Body : Link_03

Joint_4

» Type : Translational

» First Body : Link_03

» Second Body : Ground

④-b

Joint_1

Joint_2

Joint_3

Joint_4

(66)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

작업 절차

Motion 생성 ;

a. Main Toolbox → Joint Motion

→ Rotational Joint Motion 선택

b. Joint Modify → Impose Motion

Rot Z”

» disp(time) = 360d*time

⑤-b

(67)

실습 3. 슬라이드-크랭크 기구

작업 절차

Measure 생성 ;

a. Joint Force Measure

b. 각각의 Link의 CM point Measure

Displacement

Velocity

c. Link들간의 Angle Measure

해석 조건 ;

a. Analysis Type : Default(Dynamic)

b. End Time : 2.0 sec

c. Step Size : 0.01

Animation ;

a. Review → Animation Controls 선택

Trace Marker : CM marker

Plotting ;

a. Review → PostProcessing 선택 [F8]

b. Plotting & Animation

Objects

Measures

모델 저장 ;

a. File → Save Database[.bin]

b. File → Export[.cmd]

수치

Updating...

참조

Updating...

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