Объект: Pipe

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

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.Pipe

Аннотация: Инерционная однородная трубка, работающая с объектом геометрической привязки (1 порт)

Обозначение: Инерционная однородная трубка, работающая с объектом геометрической привязки (1 порт)

Порты (степени свободы) компонента:

№

Обозначение порта

Тип

Наименование порта

1

Port1

MECH3D

3D механический порт 1, движение центра масс элемента

Пользовательские параметры модели:

№

Параметр

Тип

Описание

Единица

Значение по умолч.

1

DiameterExternal

real

Диаметр внешний, м

m

1

2

DiameterInternal

real

Диаметр внутренний, м

m

0.5

3

Height

real

Высота, вдоль локальной оси Oz, м

m

1

4

Image

string

Изображение [Pipe,No], -

Pipe

5

Image_color

string

Цвет изображение [red,green,blue1,white,yellow,lightblue,sandybrown,cyan1,red1,red4,gray], -

yellow

6

LCS

Локальная координатная система, м

m

[]

7

LCS_image_scale

real

Масштаб изображения локальной координатной системы, -

1.0

8

Mass

real

Масса, кг

kg

1.0

9

WorkVariables

string

Показывать рабочие переменные[All,AngularVelocities, AngularAccelerations,No], -

No

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

Пример использования компонента

Модель инерционной однородной трубки (1 порт) (Pipe)

Модель описывает инерционную однородную трубку, обладающую массой. Трубка работает совместно с объектом геометрической привязки (P3D), задающим её положение и ориентацию в 3D-пространстве.

Вращение трубки под действием постоянного момента вокруг оси Y.

Начальные данные:

Параметры модели (Pipe)
Mass = 1.0 кг - Масса трубки
DiameterInternal = 0.5 м - Внутренний диаметр
DiameterExternal = 1 м - Внешний диаметр
Height = 1 м - Высота вдоль локальной оси Oz
LCS = [] - Локальная система координат не задана, совпадает с глобальной
LCS_image_scale = 1.0 - Масштаб изображения локальной системы координат
Image = Pipe - Задает визуальный образ объекта на схеме
Image_color = yellow - Определяет цвет изображения
WorkVariables = No - Рабочие переменные [All, AngularVelocities, AngularAccelerations, No]

Параметры источника момента (SF1D)
FC = 5 - Величина постоянного момента вокруг оси Y

Параметры точки привязки
P3D1: point = [0.0, 0.0, 0.0], LCS = default

Сплиттер
Point2DOFs - Распределяет степени свободы, передавая момент на ось вращения

end = 2 - Время интегрирования, с

Схема тестирования:

Одна инерционная трубка Pipe1 с массой 1.0 кг, внешним диаметром 1 м, внутренним диаметром 0.5 м и высотой 1 м закреплена в начале координат. Положение задаётся объектом геометрической привязки P3D1 (point = [0.0, 0.0, 0.0]). В точку привязки через сплиттер Point2DOFs приложен постоянный момент вокруг оси Y. Источник SF1D задаёт величину FC = 5.

Результат:

Под действием постоянного момента FC = 5 вокруг оси Y трубка, закреплённая в начале координат, приходит в движение и совершает вращение относительно оси Y. На графике видно, что в начальный момент наблюдается переходный процесс раскрутки, после чего движение переходит в установившийся режим. Характер движения определяется инерционными свойствами трубки (Mass = 1.0; DiameterInternal = 0.5; DiameterExternal = 1; Height = 1) и величиной приложенного момента (FC = 5).

Формула для момента инерции трубки относительно оси Y:

\[I = \frac{1}{2} m \left( R_{\text{внеш}}^2 + R_{\text{внутр}}^2 \right)\]

где: \(m\) — масса трубки, \(R_{\text{внеш}}\) — внешний радиус, \(R_{\text{внутр}}\) — внутренний радиус.

Для заданных параметров:

\[\begin{split}\begin{aligned} m &= 1.0\ \text{кг}, \quad R_{\text{внеш}} = 0.5\ \text{м}, \quad R_{\text{внутр}} = 0.25\ \text{м} \\ I &= \frac{1}{2} \cdot 1.0 \cdot (0.5^2 + 0.25^2) = 0.15625\ \text{кг}\cdot\text{м}^2 \end{aligned}\end{split}\]

Угловое ускорение:

\[\varepsilon = \frac{M}{I} = \frac{5}{0.15625} = 32\ \text{рад/с}^2\]

На графике представлена временная зависимость координаты Pipe.X1. Кривая имеет колебательный характер, что может быть обусловлено упругими свойствами связи или особенностями моделирования. Амплитуда колебаний составляет примерно 1, период — около 1 с.

Схема теста
../../../../_images/Pipe.sch.png

Рисунок 1 - Схема теста

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

Рисунок 2 - Pipe.Check