Введение и назначение

Препроцессор PRADIS реализует объектно-ориентированный подход к моделированию динамики технических систем. Математическая основа любой схемы базируется на узлах (Nodes) и их степенях свободах (DOF), которые определяют размерность и физическую природу расчётного пространства. Для соединения подсистем с различной размерностью, преобразования координат или выделения отдельных физических переменных применяются специализированные интерфейсные компоненты – сплиттеры.

Настоящее руководство объединяет теорию базовых узлов, описание сплиттеров и практическую методику их применения. Документ предназначен для инженеров-расчётчиков, создающих модели сложной структуры, в том числе многодоменные (механика + гидравлика + автоматика + акустика) и гибридные (2D/3D) схем.

1. Базовые узлы и степени свободы (Библиотека base)

1.1. Концепция DOF в PRADIS

Каждый компонент препроцессора соединяется с другими через порты, которые привязаны к математическим степеням свободы. Тип узла определяет:

Количество независимых координат (поступательных и вращательных);
Физический домен (механика, термодинамика, акустика, логика);
Структуру формируемых уравнений на уровне решателя.

Все элементарные степени свободы описываются унифицированным базовым типом DOF1/DOF, что обеспечивает строгую совместимость уравнений при автоматической генерации системы ДАУ.

1.2. Классификация и описание узлов

Базовые узлы PRADIS
Узел	Аннотация	DOF	Состав элементов	Физический смысл
`DOF1`	Узел с одномерной степенью свободы	1	x	Поступательное движение/переменная по одной оси. Основа 1D-механики, гидравлики, электрических цепей.
`XY`	Узел двухмерного поступательного движения	2	x, y	Плоское поступательное перемещение без вращения.
`XYZ`	Узел поступательного 3D движения	3	x, y, z	Пространственное поступательное перемещение.
`Point2d`	Узел планарного движения точки	3	x, y, f	Плоское движение с вращением (X, Y + R). Стандарт для 2D-механизмов.
`Point`	Узел 3D движения точки	6	x, y, z, rx, ry, rz	Полное пространственное движение твердого тела/точки.
`BUS`	Узел шины	0	(отсутствуют)	Логическая коммутация. Группировка портов, передача управляющих сигналов без физической инерции.

1.3. Рекомендации по выбору узла

DOF1 – оптимальный выбор для задач с одной обобщенной координатой (пружины, демпферы, поршни, электрические ветви).
XY – плоские системы без учета поворота звеньев (ползуны, направляющие, деформации плоских конструкций).
Point2d – планарные механизмы с вращением (кривошипы, рычаги, плоские манипуляторы).
Point – полное 3D-моделирование. Требует наибольших вычислительных ресурсов.
BUS – не вносит степеней свободы. Используется для магистральной передачи сигналов, объединения потенциалов в сложных топологиях.

Предупреждение

Избыточное назначение узлов (например, использование Point вместо XY для плоской задачи) необоснованно увеличивает порядок системы ДАУ и время расчета.

2. Сплиттеры: инструменты согласования и декомпозиции (Библиотека splitters)

2.1. Назначение и принцип работы

Сплиттеры – это интерфейсные компоненты, выполняющие роль математических адаптеров. Они не добавляют в модель физическую массу или инерционность, а лишь:

Декомпозируют составные узлы на элементарные степени свободы (DOF1);
Преобразуют координаты между глобальной и локальными системами отсчёта (ЛСК);
Извлекают отдельные термодинамические, акустические или потоковые переменные;
Согласуют подсистемы различной физической природы или размерности.

2.2. Классификация сплиттеров

Группы сплиттеров
Группа	Компоненты	Назначение
Кинематические разветвители	`XY2X_Y`, `XYZ2X_Y_Z`, `Point2d2DOFs`, `Point2DOFs`, `Point2d2XY_R`	Декомпозиция механических узлов на элементарные порты DOF1 или субузлы
Преобразователи координат (ЛСК)	`P1DTP2D`, `P2DTP2D`, `P3D2P3D` (и `obj_*` аналоги)	Трансформация координат между ГСК и ЛСК через матрицу поворота/смещения
Адаптеры размерности	`Point2d2Point`	Жёсткая/упругая связь плоских (2D) и пространственных (3D) подсистем
Теплогидравлические	`ThermalFluid2PT`, `TF22DOFs`, `TMF22DOFs`, `Thermal2MixFluid2PTX`	Выделение давления p, температуры T, энтальпии h, плотности ro, концентрации x
Акустические	`Acoustic2RI`	Разделение акустического потенциала на Re, Im, частоту w

2.3. Детальное описание ключевых компонентов

Ключевые сплиттеры
Сплиттер	Входной порт	Выходные порты	Ключевые параметры
`Point2DOFs`	P3D (Point)	X, Y, Z, Rx, Ry, Rz (все DOF1)	Отсутствуют. Полная декомпозиция 3D-узла.
`Point2d2DOFs`	P2d (Point2d)	X, Y, R (DOF1)	Отсутствуют. Разделение плоского движения на компоненты.
`Point2d2Point`	In (Point2d)	P3D (Point)	`Kx`, `Ky`, `Kt` (жёсткости, по умолч. 1e6); `PointO`, `PointX`, `PointXoY` (ориентация 2D-плоскости в 3D)
`P2DTP2D` / `P3D2P3D`	In (Point2d/Point)	Out (Point2d/Point)	`LCS0` – матрица поворота/смещения новой ЛСК относительно ГСК
`ThermalFluid2PT`	Fluid (ThermalFluid)	p, T (DOF1)	Отсутствуют. Базовый контроль давления и температуры.
`TMF22DOFs`	Fluid (Thermal2MixFluid2)	p, h, ro, T, x (DOF1)	Отсутствуют. Полный термодинамический расчёт смесей.
`Acoustic2RI`	Acoustic	Re, Im, w (DOF1)	Отсутствуют. Частотный анализ акустических полей.

3. Методика построения моделей смешанной физической природы

3.1. Алгоритм проектирования схемы

Анализ топологии и физических доменов: Разделите объект на подсистемы (механическая передача, гидравлический контур, система управления, акустический тракт). Для каждой определите необходимую размерность и тип движения.
Выбор базовых узлов: Назначьте узлы из библиотеки base каждому физическому элементу в соответствии с таблицей 2.2.
Интеграция сплиттеров: В местах стыковки подсистем с несовместимыми портами (разная размерность, разные ЛСК, необходимость выделения переменной) установите соответствующие сплиттеры.
Параметризация интерфейсов: Задайте матрицы ЛСК (LCS0), координаты ориентации (PointO, PointX…) и жёсткости (Kx, Ky, Kt). Для термогидравлики и акустики проверьте типы входных/выходных потоков.
Валидация и генерация: Препроцессор автоматически проверяет целостность схемы (отсутствие «висящих» портов, согласованность типов DOF). Запуск расчета (F2) генерирует PPL/PSL файлы и передаёт задание решателю.

3.2. Типовые сценарии применения сплиттеров

Сценарии применения
Сценарий	Рекомендуемый сплиттер	Пояснение
Подключение линейного демпфера (DOF1) к пространственной массе (Point)	`Point2DOFs`	Выделяет независимые порты X, Y, Z для подключения одномерных элементов без изменения топологии массы.
Моделирование наклонного рельса или направляющей	`P2DTP2D` / `P3D2P3D`	Позволяет задать ЛСК вдоль направления движения, упрощая задание граничных условий и начальных скоростей.
Связь плоского механизма (Point2d) с 3D-основанием (Point)	`Point2d2Point`	Используйте значения жёсткости 1e5–1e6. При расходимости снижайте до 1e4. Задайте ориентацию через `PointO`/`PointX`.
Отбор давления для ПИД-регулятора гидросистемы	`ThermalFluid2PT` или `TF22DOFs`	Подключите порт p к входу регулятора (base.DOF1), остальные порты соедините с нагрузкой или оставьте свободными (если не требуются).
Частотный анализ виброакустической системы	`Acoustic2RI`	Позволяет разделить фазовые составляющие для построения диаграмм Найквиста/Боде и анализа резонансных режимов.

3.3. Практические рекомендации и оптимизация

Избегайте избыточной детализации: Каждый сплиттер добавляет алгебраические связи в систему ДАУ. Используйте их только когда требуется физическое подключение компонента к конкретной степени свободы.
Численная устойчивость: При работе с Point2d2Point и координатными преобразователями избегайте сингулярных матриц поворота и избыточно больших значений жёсткости (>1e8), что ухудшает обусловленность матрицы системы.
Мониторинг без сплиттеров: Для измерения внутренних переменных предпочтительнее использовать индикаторы X/V с синтаксисом N.I(C). Сплиттеры применяйте только для физического сопряжения разных доменов.
Иерархия подсхем: Сложные многодоменные узлы оформляйте как подсхемы (Правка → Войти в подсхему). Это упрощает навигацию, параметризацию и повторное использование в других проектах.
Контроль целостности: Перед запуском расчета используйте Вид → Показать все и Масштаб 1:1 для визуальной проверки связности. Все порты должны быть соединены проводниками или явно заземлены/загружены.

4. Заключение

Архитектура препроцессора PRADIS, основанная на строгой типизации базовых узлов (base) и гибких интерфейсных адаптерах (splitters), обеспечивает:

Совместимость компонентов различной размерности и физической природы;
Гибкость выделения отдельных степеней свободы для управления, измерения или задания граничных условий;
Масштабируемость моделей через преобразование локальных систем координат и адаптацию 2D/3D подсистем;
Математическую строгость автоматической генерации системы ДАУ без ручного вывода уравнений.

Корректное применение описанной методики позволяет инженерам создавать сложные многодоменные расчётные схемы, сохраняя прозрачность структуры, численную устойчивость и воспроизводимость результатов. При возникновении вопросов по параметризации конкретных компонентов обращайтесь к встроенной справке PRADIS (Справка → Каталог модулей) или документации по библиотекам base и splitters.