Объект: ConeFE

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.ConeFE

Аннотация: Инерционный однородный усеченный конус, работающий с геометрическим объектом привязки (2 порта)

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	MECH3D	3D механический порт 1, движение нижнего (в локальной системе координат, точка A) сечения конуса
2	Port2	MECH3D	3D механический порт 2, движение верхнего (в локальной системе координат, точка B) сечения конуса

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	DiameterA	real	Диаметр в точке А, м	m	0.1
2	DiameterB	real	Диаметр в точке B, м	m	0.05
3	Image	string	Изображение [Cone,Beam,Shape,No], -		Cone
4	Image_color	string	Цвет изображение [red,green,blue1,white,yellow,lightblue,sandybrown,cyan1,red1,red4,gray], -		yellow
5	LCS		Локальная координатная система, м	m	[]
6	Mass	real	Масса, кг	kg	1.0
7	Shape	list	Произвольная форма объекта, -
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

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 усеченного конуса с двумя портами (ConeFE)

Элемент ConeFE представляет собой физическое тело, моделирующее инерционный однородный усеченный конус, который работает с геометрическим объектом привязки (2 порта). Это основной динамический элемент в схеме, обладающий массой, габаритными размерами и свойствами материала. Его движение управляется внешним источником перемещения.

Уклонение усеченного конуса (ConeFE) от падающего объекта (Cone).

Начальные данные:

Параметры модели (ConeFE)

Mass = 1.0 кг - Определяет инерционные свойства конуса.

DiameterA = 0.5 м - Определяет диаметр одного из оснований усеченного конуса.

DiameterB = 1.0 м - Определяет диаметр второго основания усеченного конуса.

material = 2e10, 0.3, 7800 - Модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность.

LCS = [] - Используется глобальная система координат (стандартная ориентация).

Image = Cone - Задает визуальный образ объекта на схеме.

Image_color = yellow - Определяет цвет изображения.

Параметры источника перемещения (USDX1D)

K = 1.0 - Коэффициент пропорциональности сигнала.

C = 0.0 - Коэффициент смещения сигнала.

Параметры генератора сигнала (TrapeziumSource)

VL = 0.0 - Нижний уровень сигнала (конус в исходном положении).

VH = 2.0 - Верхний уровень сигнала (конус отъехал в сторону).

D = 0.5 с - Начальная задержка.

FT = 0.01 с - Продолжительность переднего фронта.

HT = 0.5 с - Продолжительность вершины импульса.

BT = 0.01 с - Продолжительность заднего фронта.

CT = 0.0 с - Продолжительность цикла.

Сценарий тестирования:

Cone1 (Падающий объект): Инерционный однородный конус массой 1.0 кг, с диаметрами 1/0.5 м и высотой 1 м. Прикреплен к виртуальной точке P3D1 с координатами в ЛСК [0.0, 0.0, 0.0]. Для переворота стартового положения введена локальная система координат LCS1 с центром в точке [0, 0, 5] и осью Oz, направленной вниз ([0.0, 0.0, -1.0]). Это задает перевернутую ориентацию конуса (вершиной вниз) и поднимает его на высоту 5 метров. На объект действует сила тяжести FG1 = 1.0, заставляя его падать вниз.

ConeFE1 (Уклоняющийся объект): Инерционный усеченный конус массой 1.0 кг, с диаметрами 0.5/1.0 м. Прикреплен с одной стороны к виртуальной точке P3D3 с координатами [0.0, 0.0, 0.0], с другой — к виртуальной точке P3D2 с координатами [0.0, 0.0, 1.0]. Вектор между ними определяет направление оси Z конуса, а расстояние — высоту конуса. Связан с источником перемещения USDX1D1, который управляет его движением по оси X. На вход источника USDX1D1 подается трапециевидный сигнал с генератора TrapeziumSource1.

end = 2 - Время интегрирования, с

Результат:

Cone1 падает вниз с высоты 5 метров под действием силы тяжести. В это же время ConeFE1 под управлением источника перемещения USDX1D1 и трапециевидного сигнала TrapeziumSource1 отъезжает по оси X с траектории падения, как бы «уворачиваясь» от удара, а затем возвращается на исходную позицию. Таким образом, демонстрируется совместная работа динамического объекта и системы управления перемещением.

Формула перемещения при управляемом движении:

\[x(t) = K \cdot \mathrm{Signal}(t) + C\]

где: \(x(t)\) — текущая координата, \(K\) — коэффициент пропорциональности, \(\mathrm{Signal}(t)\) — входной сигнал (трапециевидной формы), \(C\) — начальное смещение.

На графике представлено изменение координаты X1 объекта ConeFE во времени. Кривая соответствует трапециевидному закону управления: линейный рост, удержание, линейный спад и возврат в исходное положение.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - ConeFE.Check