Объект: BoxFE

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.BoxFE

Аннотация: Инерционный однородный параллелепипед, работающий с объектом геометрической привязки (2 порта)

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	MECH3D	3D механический порт, движение паралелепипеда
2	Port2	MECH3D	3D механический порт, движение точки, определяющей ось Z LSC элемента

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Depth	real	Глубина, вдоль локальной оси Oy, м	m	0.1
2	Image	string	Изображение [Box,Beam,Shape,No], -		Box
3	Image_color	string	Цвет изображение [red,green,blue1,white,yellow,lightblue,sandybrown,cyan1,red1,red4,gray], -		yellow
4	LCS		Локальная координатная система, м	m	[]
5	Mass	real	Масса, кг	kg	1.0
6	Shape	list	Произвольная форма объекта, -
7	Width	real	Ширина, вдоль локальной оси Ox, м	m	0.1
8	WorkVariables	string	Показывать рабочие переменные[All,Forces, Moments,Deformations,No], -		No
9	material	material	Свойства материала, Па; -; кг/м³	Pa	2e11, 0.3, 7800
10	pointD	pXYZ	Начальные координаты точки, определяющей первую главную плоскость инерции, м	m	1, 0, 0

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_Tz_LinearSpeed1	Tz-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
4	V_Rx_AngularSpeed1	Rx-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
5	V_Ry_AngularSpeed1	Ry-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
6	V_Rz_AngularSpeed1	Rz-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
7	ROUT_LinearSpeed1	Модуль вектора линейной скорости на порте;	m/s
8	S_Tx_Force1	Tx-составляющая силы на порте	N
9	S_Ty_Force1	Ty-составляющая силы на порте	N
10	S_Tz_Force1	Tz-составляющая силы на порте	N
11	S_Rx_Torque1	Rx-составляющая момента на порте	N*m
12	S_Ry_Torque1	Ry-составляющая момента на порте	N*m
13	S_Rz_Torque1	Rz-составляющая момента на порте	N*m
14	ROUT_Force1	Модуль вектора силы на порте	N
15	A_Tx_LinearAcceleration1	Tx-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
16	A_Ty_LinearAcceleration1	Ty-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
17	A_Tz_LinearAcceleration1	Tz-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
18	A_Rx_AngularAcceleration1	Rx-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
19	A_Ry_AngularAcceleration1	Ry-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
20	A_Rz_AngularAcceleration1	Rz-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
21	ROUT_LinearAcceleration1	Модуль вектора линейного ускорения на порте;	m/s**2
22	X_Tx_LinerMotion1	Tx-составляющая линейного перемещения на порте	m
23	X_Ty_LinerMotion1	Ty-составляющая линейного перемещения на порте	m
24	X_Tz_LinerMotion1	Tz-составляющая линейного перемещения на порте	m
25	X_Rx_AngularMotion1	Rx-составляющая углового перемещения на порте;	rad
26	X_Ry_AngularMotion1	Ry-составляющая углового перемещения на порте;	rad
27	X_Rz_AngularMotion1	Rz-составляющая углового перемещения на порте;	rad
28	ROUT_LinerMotion1	Модуль вектора линейного перемещения на порте ;	m
29	V_Tx_LinearSpeed2	Tx-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
30	V_Ty_LinearSpeed2	Ty-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
31	V_Tz_LinearSpeed2	Tz-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
32	V_Rx_AngularSpeed2	Rx-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
33	V_Ry_AngularSpeed2	Ry-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
34	V_Rz_AngularSpeed2	Rz-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
35	ROUT_LinearSpeed2	Модуль вектора линейной скорости на порте;	m/s
36	S_Tx_Force2	Tx-составляющая силы на порте	N
37	S_Ty_Force2	Ty-составляющая силы на порте	N
38	S_Tz_Force2	Tz-составляющая силы на порте	N
39	S_Rx_Torque2	Rx-составляющая момента на порте	N*m
40	S_Ry_Torque2	Ry-составляющая момента на порте	N*m
41	S_Rz_Torque2	Rz-составляющая момента на порте	N*m
42	ROUT_Force2	Модуль вектора силы на порте	N
43	A_Tx_LinearAcceleration2	Tx-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
44	A_Ty_LinearAcceleration2	Ty-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
45	A_Tz_LinearAcceleration2	Tz-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
46	A_Rx_AngularAcceleration2	Rx-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
47	A_Ry_AngularAcceleration2	Ry-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
48	A_Rz_AngularAcceleration2	Rz-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
49	ROUT_LinearAcceleration2	Модуль вектора линейного ускорения на порте;	m/s**2
50	X_Tx_LinerMotion2	Tx-составляющая линейного перемещения на порте	m
51	X_Ty_LinerMotion2	Ty-составляющая линейного перемещения на порте	m
52	X_Tz_LinerMotion2	Tz-составляющая линейного перемещения на порте	m
53	X_Rx_AngularMotion2	Rx-составляющая углового перемещения на порте;	rad
54	X_Ry_AngularMotion2	Ry-составляющая углового перемещения на порте;	rad
55	X_Rz_AngularMotion2	Rz-составляющая углового перемещения на порте;	rad
56	ROUT_LinerMotion2	Модуль вектора линейного перемещения на порте ;	m

Пример использования компонента

Модель инерционного однородного параллелепипеда с двумя портами (BoxFE)

Элемент BoxFE представляет собой физическое тело, моделирующее инерционный однородный параллелепипед, который работает с объектом геометрической привязки (2 порта). Это основной динамический элемент в схеме, обладающий массой, габаритными размерами и свойствами материала, на который действуют внешние силы.

Встречное движение падающего шара Ball1 и поднимающегося параллелепипеда BoxFE1 с моделированием контактного взаимодействия.

Начальные данные:

Параметры модели (BoxFE)

pointD = [0, 0, 0] - Начальные координаты точки, определяющей первую главную плоскость инерции.

Mass = 10.0 кг - Определяет инерционные свойства параллелепипеда.

Width = 1.0 м - Определяет размер вдоль локальной оси Ox.

Depth = 1.0 м - Определяет размер вдоль локальной оси Oy.

material = 2e11, 0.3, 7800 - Модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность.

Image = Box - Задает визуальный образ объекта на схеме.

Image_color = yellow - Определяет цвет изображения.

Параметры контактного элемента (KN3EP)

pointA1 = 0, 0, 0.5

pointB1 = 0, 0, 0.5

pointC1 = 1, 0, 0.5

pointD1 = 1, 0, 0.6

Axles1 = 0.5, 0.5, 0.5 - Полуоси эллипсоида контакта

pointA2 = 0, 0, 1

pointB2 = 1, 1, 1

pointC2 = 1, 1, 1

pointD2 = 1, 1, 1

ForceModel = 1, 1e6 - Модель контактных сил с жесткостью 1e6

Ball1 (Падающий объект):

Инерционный однородный шар массой 1.0 кг и диаметром 1 м.

Прикреплен к виртуальной точке P3D1, расположенной на высоте 5 метров

(координаты [0.0, 0.0, 5.0]).

На объект действует сила тяжести FG1 = 9,8 Н.

Точка привязки задает только начальное положение, не ограничивая подвижность.

BoxFE1 (Основной объект):

Инерционный параллелепипед массой 10.0 кг, размерами 1x1 м.

Прикреплен к виртуальной точке P3D3 с координатами [1.0, -0.5, 0.0].

На объект действует внешняя сила FC = 10.0, направленная вверх по оси Z.

Объект также связан с точкой P3D2 ([0.0, -0.5, 0.0]).

end = 1 - Время интегрирования, с

Результат:

Шар Ball1 падает вниз с высоты 5 метров под действием силы тяжести, а параллелепипед BoxFE1 под действием силы FC = 10.0 движется вверх по оси Z. Оба объекта сближаются и вступают в контакт. Благодаря компоненту KN3EP1 в точке соприкосновения возникают силы отталкивания, которые препятствуют взаимному проникновению тел. Система моделирует динамическое взаимодействие: встречный удар, возможный отскок и дальнейшее движение тел с учетом контактных сил, силы тяжести и внешней нагрузки.

Формула для описания движения под действием постоянной силы:

\[F = m \cdot a\]

где: \(F\) — равнодействующая сила, \(m\) — масса тела, \(a\) — ускорение.

Для параллелепипеда:

\[a_z = \frac{F_C}{m} = \frac{10.0}{10.0} = 1.0\ \text{м/с}^2\]

Для шара:

\[a_z = -g = -9,8\ \text{м/с}^2 \quad \text{(под действием силы тяжести)}\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

График результата теста

Рисунок 2 - BoxFE.Check

На графике представлено изменение координат X1 и X2 объекта BoxFE1 во времени. Красная кривая (BoxFE.X1) отражает движение вниз до момента контакта и последующий отскок, голубая кривая (BoxFE.X2) — плавное смещение, связанное с деформацией и взаимодействием. Характер кривых подтверждает наличие контактного взаимодействия и динамический отклик системы.