Объект: SR13D

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.SR13D

Аннотация: Упругая связь, позволяющая передать вращение между одномерным (или плоским) и пространственным элементами вокруг заданной пространственной оси

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	MECH1D_R	1D механический порт, 1d узел вращения. Первый элемент
2	Port2	MECH3D	3D механический порт, 3d узел. Второе тело

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	K	real	Жесткость связи на скручивание, Н/м	N/m	1e6
2	pointA	pXYZ	Координаты первой точки вектора вращения, м	m	0,0,0
3	pointB	pXYZ	Координаты второй точки вектора вращения, м	m	1,0,0

Расчетные и измеряемые величины:

№	Параметр	Описание	Единица
1	V_AngularSpeed1	Угловая скорость на порте ;	rad/s
2	A_AngularAcceleration1	Угловое ускорение на порте ;	rad/s**2
3	X_AngularMotion1	Угловое перемещение ;	rad
4	S_Torque1	Крутящий момент на порте ;	N*m
5	V_Tx_LinearSpeed2	Tx-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
6	V_Ty_LinearSpeed2	Ty-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
7	V_Tz_LinearSpeed2	Tz-составляющая линейной скорости на порте;	m/s
8	V_Rx_AngularSpeed2	Rx-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
9	V_Ry_AngularSpeed2	Ry-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
10	V_Rz_AngularSpeed2	Rz-составляющая угловой скорости на порте;	rad/s
11	ROUT_LinearSpeed2	Модуль вектора линейной скорости на порте;	m/s
12	S_Tx_Force2	Tx-составляющая силы на порте	N
13	S_Ty_Force2	Ty-составляющая силы на порте	N
14	S_Tz_Force2	Tz-составляющая силы на порте	N
15	S_Rx_Torque2	Rx-составляющая момента на порте	N*m
16	S_Ry_Torque2	Ry-составляющая момента на порте	N*m
17	S_Rz_Torque2	Rz-составляющая момента на порте	N*m
18	ROUT_Force2	Модуль вектора силы на порте	N
19	A_Tx_LinearAcceleration2	Tx-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
20	A_Ty_LinearAcceleration2	Ty-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
21	A_Tz_LinearAcceleration2	Tz-составляющая линейного ускорения на порте	m/s**2
22	A_Rx_AngularAcceleration2	Rx-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
23	A_Ry_AngularAcceleration2	Ry-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
24	A_Rz_AngularAcceleration2	Rz-составляющая углового ускорения на порте;	rad/s**2
25	ROUT_LinearAcceleration2	Модуль вектора линейного ускорения на порте;	m/s**2
26	X_Tx_LinerMotion2	Tx-составляющая линейного перемещения на порте	m
27	X_Ty_LinerMotion2	Ty-составляющая линейного перемещения на порте	m
28	X_Tz_LinerMotion2	Tz-составляющая линейного перемещения на порте	m
29	X_Rx_AngularMotion2	Rx-составляющая углового перемещения на порте;	rad
30	X_Ry_AngularMotion2	Ry-составляющая углового перемещения на порте;	rad
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 упругой связи, передающей вращение между одномерным и пространственным элементами (SR13D)

Модель представляет собой систему, в которой вращательное движение передаётся между одномерным (1D) и пространственным (3D) элементами с помощью упругой связи. Передача осуществляется вокруг заданной пространственной оси, определяемой двумя точками.

Передача вращения от 1D-узла к 3D-телу через упругую связь.

Начальные данные:

Параметры модели (SR13D1)

pointA = (0, 18, 0) - Координаты первой точки оси вращения, м

pointB = (0, 0, 0) - Координаты второй точки оси вращения, м

K = 1e6 - Жёсткость связи на скручивание, Н·м/рад

Параметры одномерного инерционного элемента (M1D1)

M = 1 кг - Масса 1D-элемента

Параметры пространственного инерционного элемента (MJ3D1)

mass = 0.1 кг - Масса 3D-элемента

moments = [1, 1, 1] - Главные моменты инерции, кг·м²

Параметры источника силы (SF1D1)

FC = 5 Н - Приложенная сила

Датчики

Vx, Vy, Vz - датчики скорости по осям X, Y, Z

Sx, Sy, Sz - датчики перемещения по осям X, Y, Z

X1 - датчик углового перемещения 1D-элемента

V1 - датчик угловой скорости 1D-элемента

Сплиттер

Point2DOFs2 - Распределяет степени свободы для 3D-элемента

end = 5 с - Время интегрирования

Схема тестирования:

На первом порту (1D механический порт, узел вращения) к системе приложена сила величиной 5 Н. В этом же узле находится масса 1 кг. Под действием силы формируется движение, параметры которого контролируются с помощью датчиков перемещения и скорости, установленных в данном узле. Упругая связь передаёт вращение от одномерного элемента к пространственному, создавая упругий момент, пропорциональный относительному угловому смещению между элементами. На втором порту (3D механический порт, пространственный узел) расположен пространственный инерционный элемент массой 0.1 кг с небольшим моментом инерции. Этот элемент воспринимает передаваемое вращательное воздействие. В данном узле через сплиттер установлены датчики перемещения и скорости для контроля динамики движения по каждой оси. Ось вращения задаётся двумя точками в пространстве, что определяет направление передачи вращательного движения между элементами.

Результат:

Модель работает корректно в рамках физики упругой связи между одномерной и трехмерной средой. При расположении оси вращения строго по оси Y (0, 18, 0), система представляет собой классическую двухмассовую крутильную систему. Графики линий Vx, Vz, Sx, Sz сливаются с нулевой отметкой, а динамика описывается нарастанием скорости и угла поворота вокруг оси Y для 1D (V1, X1) и 3D (Vy, Sy) элементов, причем скорость 3D элемента будет плавно следует за скоростью 1D с небольшим запаздыванием из-за упругости.

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

График результата теста

Рисунок 2 - SR13D.Check (угловые скорости V1, Vy и перемещения X1, Sy, а также Vx, Vz, Sx, Sz)