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为什么要写这本书呢？我想主要是出于以下几个原因。 第一个原因，是笔者在近十年来给机械学院的研究生上《虚拟样机技术及其应用》这门课程的过程中，总找不到中意的教材。《虚拟样机技术及其应用》这门课，就其传统意义而言，就是谈Adams的应用的。但是Adams在许多学科中都有应用，那么在选择教材内容的时候，我应该选择哪些方面的应用呢？是谈机械振动方面的应用呢，还是刚柔耦合方面的应用？是汽车设计方面的应用，还是试验设计方面的应用？这些知识当然都是有用的，但是对于学生而言，他们是否会觉得谈这种应用很突然呢？就教学规律本身而言，它讲究知识的前后衔接，要求能够给学生一个合理的符合逻辑体系的知识架构，而不是突然从天而降一个空中楼阁，让人不可拾级而上。所有机械专业的学生都学习过理论力学、机械原理和机械设计，而Adams对这三个方面均提供了大量的支持，如果从这三门课程开始接着谈Adams，那么对于机械专业的学生而言，他们会觉得熟悉而亲切，也便于迅速了解Adams。但是可惜的是，笔者没有找到这样的书籍。所以很早，笔者就想从这三门课程着手，来谈Adams对于这些学科的支持，从而为机械专业的研究生们接触Adams提供一个合适的切入点。 第二个原因，来自于笔者给机械学院 的本科生上《理论力学》和《机械原理》这两门课程中的所遇到的困惑。《理论力学》这门课，逻辑严密，题目千变万化，很多动力学的问题，即便像笔者这样教学多年的老手，初次遇见时仍旧感到束手无策。所以教学这么多年以来，笔者一直致力于寻求通用解法，希望使用这种通用解法，能够求解一切理论力学的问题。2003年笔者读博士时，偶然接触到计算多体动力学理论，此时突然发现，笔者所苦苦寻找的通用解法，实际上就是计算多体动力学所采用的基本方法。而基于这种计算多体动力学理论，已经出现了几款专门的仿真软件，Adams就是其中之一。所以笔者迅速转入到Adams，并开始利用它来求解理论力学的各种问题，结果发现它异常好用。无论多么复杂的动力学问题，只要正确建模，则Adams都可以给出相当精确的答案。这一发现让笔者如获至宝，所以在近几年给学生上《理论力学》这门课时，已经开始有意地在上课期间向学生推荐这款软件，也开始在《机械创新设计》这门机械学院的选修课中向本科生们讲解这款软件的入门知识。 此外，在笔者教授《机械原理》这门课的过程中，则又更深刻地感受到该软件对于《机械原理》的重要性。《机械原理》主要谈机构的设计与分析，但是如果学生对于机构的动作并无感性认识，那么无论是分析还是设计都感到困难。而使用Adams，可以迅速地对机构进行建模、仿真以后就可以浏览动画，从而对于机构有非常直观的感性认识。除了做动画以外，Adams对于凸轮机构的设计也很有用处。 鉴于以上原因，笔者以为，像Adams的软件，并不需要等到研究生阶段才对学生介绍，而是应该在本科阶段就引入。 第三个原因，来自笔者带学生参加全国机械创新设计比赛中的体会。在连续三届带领学生参加全国机械创新设计比赛的过程中，笔者深切地感受到学生们在做设计时的那种无助与茫然。他们不知道方案设计从哪里开始，如何给出一个可行的方案，也不明白所给出的方案到底有没有用，无法对方案进行正确的评估，甚至连选择电机的功率都觉得很费劲。而当好不容易给出一个方案以后，他们也不明白结构设计该如何进行。他们所设计的轴和齿轮，基本上没有经过严格的力学计算。这并非他们不想进行计算，而是因为机构一旦复杂化后，几乎无法进行力学计算。我们在学习《理论力学》的静力学部分时，较为复杂的问题也只有四、五根杆件，而且还只是平面结构。而对于我们设计的机械产品，一条传动链上可能就有十几个构件，而且还是空间结构。如何根据执行端的受力，正确推算出传动链上各个构件的受力，这是一个艰巨的任务。此时，所谓的解题技巧已经完全没有用处，而只能使用通用解法，也就是一个物体列出6个方程。如果传动链上有10个物体，这就需要列出60个方程。即便我们正确地列出了60个方程，那么该如何求解这60个方程呢？难道准备用手工计算吗？这令人望而生畏。这还仅仅是静力学问题，对于动力学问题该如何处理呢？难道对每个物体列出刚体平面运动微分方程后，再追加加速度关系吗？这更令人不寒而栗。因此许多学生放弃了计算这条途径，而只能随便给一个数据。对于所给定的这个数据，他们心中一点底都没有。到产品设计、加工、装配出来以后，一旦进行加载试验，才发现作品千疮百孔，到处都是问题，似乎每个地方都可能会发生断裂或者变形过大，学生们对自己的作品毫无信心。笔者在连续经过三次这样的比赛以后，深感计算的重要性，也深感我们的确需要一些称手的工具来帮助我们计算，而非手工计算。所以，像Adams这种进行机构力学计算的软件几乎变得必不可少。 所以，笔者深感在机械专业的高等教育中引入像Adams这样的仿真软件，已经不仅仅是一种时髦，也不是一种噱头。对于机械设计而言，他们就如同空气对于人类一样的重要。传统的手工计算方法无法求解复杂机构，对于复杂机构，几乎只有借助专业软件这一条道路。如果不使用专业软件，我们在大学所学习的许多课程，在实践中将会显得毫无用处。笔者以为，这也是为什么，我们所培养的学生，在工作过程中觉得大学课程没有用处的一个重要原因。许多课程，对于所研究的对象做了大幅简化，为了能够给出解析解，从而使得学生可以做课后作业、进行考试，这些课程只能做一些简单的习题。但是实际问题是复杂的，变化万千的，教材所给出的方法很难在实践中得到应用，这就导致了理论与实践的严重脱节，导致了读书无用论的泛滥。 有鉴于此，笔者感到很有必要写一本关于Adams的书，在这本书中，谈论如何用它对机械专业基础课程中的问题进行求解。从而使得学生在本科或者研究生学习阶段，就能领会这种方法，从而在日后的工作中，能够有意识地去使用专业软件来辅佐自己进行设计，这才能使得自己所学习的知识没有白费，这就是笔者写这本书的主要原因。 鉴于以上原因，笔者在本书中主要谈了Adams在理论力学、机械原理和机械设计这三门课程中的应用。在谈这些应用的时候，笔者也是以例题为主线来展开讨论，这些例题，绝大部分都来自于我们上课时使用的教材。这样做的目的，就是要告诉学生，Adams就是为解决这种问题服务的。 除了谈Adams在这三门课程中的应用外，为了解决更复杂的问题，笔者也专门开辟出两章，一章谈Adams对于三维的复杂机构是如何进行仿真的，一篇谈如何进行编程。 在机械设计过程中，我们经常需要在三维建模软件中做出装配体，然后导入到Adams中去进行动力学分析，以考察结构的受力和运动。笔者发现，许多学生对于这种方式很陌生，在进行模型转换时没有使用正确的方法，结果在把模型导入到Adams后，发现构件数目众多，给建模和调试带来了相当的困扰。笔者在多年的模型转化过程中，找到了一些经验，希望能够分享这种经验，让学生们或者机械工程师们在遇到这种问题时少走弯路。这就是笔者开辟一章谈Adams对于三维复杂机构进行仿真的原因所在。 至于编程那一章，来自于笔者在与许多CAE爱好者交流时，他们所提出的困惑。他们发现，有时候需要对Adams进行二次开发，但是市面上关于Adams的书籍，有的完全不提Adams的二次开发，有的提到了，但是并没有给出一道完整的例题，这使得他们必须自己一点点摸索、研究、调试，而在遇到问题以后也没有人讨论，觉得自学起来十分费劲，急需得到有效的指导。此外，笔者也发现，很多CAE爱好者，虽然大学时学习过某种编程语言，但是他们实际上并没有编制过多少实用的程序，所以对于如何编程，本身就很模糊。有鉴于此，笔者专门开辟出一章，以一个折叠机构为例，非常详细地说明了如何用Adams对之进行编程，并仔细阐释了编程中的几乎所有细节问题，包括变量的定义，编程思路的形成等等。这是一道十分完整的例题，它来自于笔者带领学生做创新设计比赛时遇到的一个实际问题，笔者希望这种详细的讲解能够让大家进入Adams编程的大门。 因此，这应该是一本密切联系实际的书，它的终极目的是希望学生在学会书中的知识以后，能够在实际设计中，能在Adams的帮助下使用自己在大学阶段所学到的专业知识；这是一本充满例题的书：第一章就有1道单摆的入门例题，理论力学部分有11道例题，机械原理部分有10道例题，机械设计部分有6道例题，编程部分是1道完整的例题，复杂机构部分有3道例题。希望读者在学习这些例题以后，能够触类旁通，举一反三；这也是一本讲解细致的书，对于所有的例题，我们都做了相当详尽的讲解，包括在建模前的理论分析，建模中的详细说明，以及建模后的讨论与小结等等。我们这样做的目的，是希望读者不仅仅会操作，而且要深刻理解这种操作的由来，并及时总结经验，从而能够非常清晰地理解知识和软件本身。所以，理论联系实际、大量列举例题、详细说明原理，是本书的三大特色。 就总体编排而言，本书分为七章。其中，第三章、第四章和第五章，分别讨论Adams在理论力学、机械原理和机械设计中的应用，这是本书的核心部分；第六章和第七章，分别谈论Adams的编程以及它对于复杂机构的仿真，这算是扩展部分；第一章是对于Adams的入门介绍，它简要地介绍了Adams的两个核心模块：Adams/View和Adams/Post 如前所述，本书适用于机械类或者近机类本科一年级以上的学生、研究生、教师及机械工程师。 本书的绝大部分内容是由宋少云写作，而由尹芳反复修改后最终确定的。 在写作本书的过程中，我们得到了许多在校学生以及CAE网友的大力支持，尤其是得到了笔者所带的研究生：张凤姣、李小力、侯晶晶、李祖吉、满续文的大力帮助，他们为本书的写作提出了很多建设性的建议和意见，并为本书的校稿付出了很多心血，在此一并感谢。 由于时间紧张，本书在撰写过程中难免会有一些错误，希望得到读者的指正。 |
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