Объект: KONT2d

../../../../_images/logo_ru_no_text.png

Библиотека: Mechanics2D

Имя на уровне решателя: Mechanics2D.KONT2d

Аннотация: 2D контакт точки с плоской ломаной линией

Обозначение: 2D контакт точки с плоской ломаной линией

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

nodeC

MECH2D

Узел1

2

nodeO

MECH2D

Узел2

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

Flag

real

Признак одностороннего или двухстороннего контакта

1

2

K

real

Нормальная жесткость контакта

N/m

1e6

3

h

real

Толщина контактной области

m

0.1

4

mu

real

Kоэффициент трения скольжения

0.1

5

table

Diagram

Координаты точек ломаной

m

0, 0, 1, 1

Расчетные и измеряемые величины:

№

Параметр

Описание

Единица

1

V_Tx_LinearSpeed1

Tx-составляющая линейной скорости на порте;

m/s

2

V_Ty_LinearSpeed1

Ty-составляющая линейной скорости на порте;

m/s

3

V_Rz_AngularSpeed1

Rz-составляющая угловой скорости на порте;

rad/s

4

ROUT_LinearSpeed1

Модуль вектора линейной скорости на порте;

m/s

5

S_Tx_Force1

Tx-составляющая силы на порте

N

6

S_Ty_Force1

Ty-составляющая силы на порте

N

7

S_Rz_Torque1

Rz-составляющая момента на порте

N*m

8

ROUT_Force1

Модуль вектора силы на порте

N

9

A_Tx_LinearAcceleration1

Tx-составляющая линейного ускорения на порте

m/s**2

10

A_Ty_LinearAcceleration1

Ty-составляющая линейного ускорения на порте

m/s**2

11

A_Rz_AngularAcceleration1

Rz-составляющая углового ускорения на порте;

rad/s**2

12

ROUT_LinearAcceleration1

Модуль вектора линейного ускорения на порте;

m/s**2

13

X_Tx_LinerMotion1

Tx-составляющая линейного перемещения на порте

m

14

X_Ty_LinerMotion1

Ty-составляющая линейного перемещения на порте

m

15

X_Rz_AngularMotion1

Rz-составляющая углового перемещения на порте;

rad

16

ROUT_LinerMotion1

Модуль вектора линейного перемещения на порте ;

m

17

V_Tx_LinearSpeed2

Tx-составляющая линейной скорости на порте;

m/s

18

V_Ty_LinearSpeed2

Ty-составляющая линейной скорости на порте;

m/s

19

V_Rz_AngularSpeed2

Rz-составляющая угловой скорости на порте;

rad/s

20

ROUT_LinearSpeed2

Модуль вектора линейной скорости на порте;

m/s

21

S_Tx_Force2

Tx-составляющая силы на порте

N

22

S_Ty_Force2

Ty-составляющая силы на порте

N

23

S_Rz_Torque2

Rz-составляющая момента на порте

N*m

24

ROUT_Force2

Модуль вектора силы на порте

N

25

A_Tx_LinearAcceleration2

Tx-составляющая линейного ускорения на порте

m/s**2

26

A_Ty_LinearAcceleration2

Ty-составляющая линейного ускорения на порте

m/s**2

27

A_Rz_AngularAcceleration2

Rz-составляющая углового ускорения на порте;

rad/s**2

28

ROUT_LinearAcceleration2

Модуль вектора линейного ускорения на порте;

m/s**2

29

X_Tx_LinerMotion2

Tx-составляющая линейного перемещения на порте

m

30

X_Ty_LinerMotion2

Ty-составляющая линейного перемещения на порте

m

31

X_Rz_AngularMotion2

Rz-составляющая углового перемещения на порте;

rad

32

ROUT_LinerMotion2

Модуль вектора линейного перемещения на порте ;

m

Пример использования компонента

Модель 2D контакта точки с плоской ломанной линией (KONT2d)

Модель представляет собой контактное взаимодействие точки, движущейся в плоскости, и некоторого плоского тела, граница которого представляется совокупностью N отрезков. В отличие от базовой модели (KONT), положение точки, движущейся в плоскости, и точки перемещения контактной границы задается объектами привязки в 2D пространстве (P2D). Точка перемещения контактной границы имеет две степени свободы поступательного перемещения и одну степень свободы вращательного движения. Точка движущейся в плоскости, контакт с которой отслеживается, обладает двумя степенями свободы поступательного движения. При возникновении контакта сила контактного взаимодействия имеет нормальную и касательную составляющие. Нормальная составляющая пропорциональна величине «проникновения» точки C внутрь контактной области. Коэффициент пропорциональности определяется задаваемой нормальной жесткостью контакта. Касательная составляющая моделирует сухое трение скольжения в пятне контакта.

Начальные данные:

Параметры элемента элемента (KONT2d2)
h = 0.5 — Толщина контактной области, м — Определяет размер элемента в направлении, перпендикулярном плоскости движения, для расчёта контактных деформаций и сил.
K = 2e8 — Нормальная жесткость контакта, Н/м - Характеризует жёсткость контактного взаимодействия
mu = 0.1 — Коэффициент трения скольжения, — Определяет силу трения между точкой и контактной поверхностью
Flag = 1 — Признак одностороннего или двухстороннего контакта (1 или 2)
poligon = [1,10,1,0,1,-10], м — Координаты точек ломаной линии - Задают форму контактной поверхности (набор отрезков).

Источник постоянной силы (Fx)
FC = 1 — Проекция силы на глобальную ось X, Н

Источник постоянной силы (Fy)
FC = 0,5 — Проекция силы на глобальную ось Y, Н

2D инерционный элемент (MD)
M = 1.0 — Масса, кг — Задает массу инерционного элемента для расчета поступательного движения по осям X и Y
J = 1.0 — Момент инерции тела, кг*м2 — Определяет сопротивление тела вращательному движению

Объект привязки (P2D1)
point = [2.0, 0] — Начальные координаты точки, с движением которой связано движение контактного участка

Объект привязки (P2D2)
point = [0, 0] — Начальные координаты контактирующей точки

end = 20 — Время интегрирования, с — Задает общую длительность процесса моделирования системы

Описание работы элемента:

Движущееся в плоскости точка, инерционные свойства и кинематика которого определяются 2D инерционным элементом (MD), под действием двухкомпонентного
вектора постоянного силового воздействия от источников (Fx) и (Fy) начинает равноускоренное движение из состояния покоя. Элемент Point2d2DOFs объединяет силовые
сигналы и транслирует динамические свойства точке. Геометрические параметры контактной границы (заданные массивом table) фиксируют неподвижную вертикальную плоскость
контакта на отметке \(X = 1\) м. При достижении движущейся точки данной границы возникает нормальная сила реакции, определяемая контактной жесткостью K,
которая отбрасывает точку в противоположном направлении. Постоянное действие силы Fx непрерывно возвращает точку обратно к контактной границе, формируя устойчивый
периодический процесс незатухающих упругих соударений по оси X.
Одновременно с этим сила Fy сообщает точке непрерывное продольное ускорение вдоль вертикальной оси Y. Поскольку ломаная линия контактной границы имеет конечные
пространственные размеры (ограничена высотой \(Y = 10\) м), на определенном шаге интегрирования (в районе 7–8 секунд) вертикальная координата движущегося
тела превышает верхний предел полигона преграды. Снятие кинематического ограничения приводит к исчезновению сил нормальной реакции контакта, в результате чего
тело переходит в режим свободного монотонного разгона под действием силы Fx далеко за пределы первоначального барьера.

Результат моделирования:

График показаний датчика перемещения по оси X (X) полностью соответствует теоретическому анализу динамики системы.
В интервале времени от 0 до 8 секунд график представляет собой строго упорядоченную последовательность периодических параболических петель, описывающих упругий
отскок движущегося тела от координатной границы 1 метр. После выхода точки за геометрические пределы ломаной линии преграды график демонстрирует квадратичный
характер нарастания перемещения, достигая к концу расчета значения 80 м.
Схема элемента
../../../../_images/KONT2d.Shem.png

Рисунок 1 - Геометрические параметры и степени свободы контактного элемента «точка с ломаной»: Xc, Yc – начальные координаты контактирующей точки (точка С); Xo, Yo – начальные координаты точки, с движением которой связано движение контактного участка (точка О); Xi, Yi – начальные координаты i-ой точки контактного контура; 1, 2 – перемещения контактирующей точки;3, 4, 5 – перемещения точки, с которой связан контактный участок. Особенности элемента KONT: а) границы зоны влияния соседних контактных участков; б) случай самопересечения элемента (зона влияния одного из участков пересекает границу контактной области).

Схема теста
../../../../_images/KONT2d.sch.png

Рисунок 2 - Схема теста

График результата теста
../../../../_images/KONT2d.Check.png

Рисунок 3 - KONT2d.Check