Kane方法动力学建模与adams动力学验证

采用Kane方程建模的多体系统校验与 ADAMS 应用比较分析


引言

在现代机械工程与机器人技术领域，多体系统 (MBS) 的建模成为了解系统动态特性的关键。Kane方程是其中一套广为应用的综合性动力学方程，直接基于物理定律推导出系统的运动学和力学关系。与之相比，ADAMS是一种基于仿真软件的多体系统建模方法，通过直观的图形界面实现复杂的系统力学分析。本文旨在探讨如何运用Kane方程进行多体系统的建模，并借助ADAMS软件进行校验，以确保模型的正确性及有效性。

Kane方程在多体系统中的应用

Kane方程以其能同时处理多个铰链和复杂运动模式的能力著称。在模型中，每个圆柱铰的转动被定义为后一个体相对于前一个体的转动，这种设计直接对应于ADAMS中通过旋转副（revolute joint）来实现两相邻主体间连接的问题。具体而言，当在ADAMS中添加旋转副时，应遵循“后一个体作为action body（动作体）”和“前一个体作为reaction body（反应体）”的原则，以确保模拟数据的准确反映原系统的行为。这样的布置方式也便于在Kane方程中为每个关节处添加力矩，其值即为“广义主动力”，对应于待模拟系统施加于附近的动力交互。

KANE方程动力学与ADAMS动力学的对应与校验




确保Kane方程与ADAMS模型间的一致性是建立多体系统仿真模型的基础。首先要设定每个实体的质量参数，这通常依据该实体上“i_marker”点的质量来确定，确保在两种模型构建方法中质量分配的精确性。这样设定使得从理论上，Kane方程动力学与ADAMS动力学的力学因子保持一致。

KANE方程模型在ADAMS中的校验流程

完成Kane方程模型的数学构建后，通进行ADAMS模拟成为检验模型准确性的关键步骤。通过从系统设计数据、构件尺寸、质量分布、约束条件、激励力等多个维度对照KANE方程模型与ADAMS界面的输入参数，可以有效校验模型的正确性。该过程一般涉及比较最终模拟结果（如位移、速度、加速度、能量损耗等）与理论预测或现有实验数据，以及通过敏感性分析评估模型参数变化对系统行为的影响。