Объект: KNO13D

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.KNO13D

Аннотация: Осевой элемент преобразования движения 1D-3D (3D-1D)

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	p3A	XYZ	3D поступательные точки A по осям OX, OY, OZ
2	p3B	XYZ	3D поступательные точки B по осям OX, OY, OZ
3	A1D	MECH1D_T	1D поступательная точки A
4	B1D	MECH1D_T	1D поступательная точки B

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	K	real	Осевая жесткость элемента, Н/м	N/m	1e6
2	PointA	pXYZ	начал. координаты точки A по осям OX, OY, OZ	m	0.,0.,0.
3	PointB	pXYZ	начал. координаты точки B по осям OX, OY, OZ	m	1.,0.,0.

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_LinearSpeed3	Линейная скорость на порте;	m/s
2	A_LinearAcceleration3	Линейное ускорение на порте, производная функция от линейной скорости ;	m/s**2
3	X_LinerMotion3	Линейное перемещение, интегральная функция от линейной скорости;	m
4	S_Force3	Сила на порте ;	N
5	V_LinearSpeed4	Линейная скорость на порте;	m/s
6	A_LinearAcceleration4	Линейное ускорение на порте, производная функция от линейной скорости ;	m/s**2
7	X_LinerMotion4	Линейное перемещение, интегральная функция от линейной скорости;	m
8	S_Force4	Сила на порте ;	N

Пример использования компонента

Модель преобразования 1D-3D движения упругого стержня (KNO13D)

Компонент KNO13D (модуль Mechanics3D) реализует преобразование 3D движения упругого стержня AB в 1D движение точек A и B вдоль оси AB (связь 1D-3D) и наоборот. Компонент позволяет соединять одномерные и трехмерные механические подсистемы, передавая усилия и кинематические воздействия. Предусмотрены настройки осевой жёсткости K и начальных координат точек PointA и PointB. Применяется в системах моделирования сложных механических приводов и пространственных конструкций.

Проверка динамического нагружения упругого стержня, соединяющего 1D и 3D системы.

Начальные данные:

Параметры модели

K = 1e6 — Осевая жёсткость стержня, Н/м

PointA = 0,0,0 — Начальные координаты точки A (закреплена)

PointB = 1,2,3 — Начальные координаты точки B (с инерционным телом)

Элементы модели

SWO1 — Источник кинематического воздействия (скорости) на 1D порт

M3D1 — Инерционное тело массой 1 кг, соединенное с точкой B

end = 3 с — Время интегрирования

Схема тестирования:

Точка A стержня жёстко закреплена в начале координат (0,0,0) через 3D порт Port1. Точка B соединена с инерционным телом M3D1 (массой 1 кг) через Port2 и находится в начальный момент в точке (1,2,3). На 1D порт Port3 со стороны A подаётся заданная скорость (сигнал Vin) от источника SWO1. Стержень передаёт усилие от 1D системы к 3D телу вдоль своей оси через Port2. Закрепление на 1D порту Port4 служит опорой. Датчик скорости через Port2 регистрирует отклик системы (V1, V2, V3) на осциллографе Check.

Результат:

На графике Check показаны входной сигнал KNO13D.Vin (трапециевидная скорость) и выходные скорости KNO13D.V1, KNO13D.V2, KNO13D.V3 по осям X, Y, Z соответственно.

Под действием кинематического возмущения (сигнал Vin возрастает от 0 до 1 на интервале от 0 до 1 с, затем удерживается и убывает) стержень деформируется, передавая усилие на инерционное тело. Тело массой 1 кг начинает двигаться вслед за стержнем. В соответствии с геометрией начального положения точки B (1, 2, 3), вектор скорости распределяется по осям пропорционально направляющим косинусам: сигнал V1 (по оси X) принимает установившееся значение ≈ –0.25; сигнал V2 (по оси Y) принимает установившееся значение ≈ –0.55; сигнал V3 (по оси Z) принимает установившееся значение ≈ –0.8.

Жёсткость K = 1e6 обеспечивает передачу движения с высокой точностью. Модель корректно отражает связь 1D и 3D систем при кинематическом возбуждении.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

Графики результатов теста

Рисунок 2 - KNO13D.Check (входной сигнал Vin и выходные скорости V1, V2, V3)