Объект: SV13W

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.SV13W

Аннотация: Упругая связь, позволяющая передать вращение между 1D (or 2D) и 3D элементами вокруг заданной пространственной оси AB

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	Port1	MECH1D_R	1D механический порт 1, вращательная точки M вокруг оси AB
2	Port2	XYZ	3D механический порт 2, движение точки N, принадлежащей второму телу, задающее его вращение вокруг оси AB

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	K	real	Жесткость связи на скручивание, Н·м/радианы	N*m/rad	1e6
2	pointA	pXYZ	Координаты точки A заданной пространственной оси, м; м; м	m	0, 0, 0
3	pointB	pXYZ	Координаты точки B заданной пространственной оси, м; м; 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

Пример использования компонента

Модель упругой связи, передающей вращение между одномерным (1D) (или плоскими (2D)) и 3D элементами вокруг заданной пространственной оси AB (SV13W)

Модель представляет собой систему, в которой вращательное движение передаётся между одномерным (1D) (или плоскими (2D)) и пространственным (3D) элементами с помощью упругой связи. Передача осуществляется вокруг заданной пространственной оси, определяемой двумя точками A и B.

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

Начальные данные:

Параметры модели (SV13W1)

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

pointA = (0, 18, 0) - Координаты точки A заданной пространственной оси, м

pointB = (0, 0, 0) - Координаты точки B заданной пространственной оси, м

Параметры одномерного инерционного элемента (M1D1)

M = 1 кг - Масса 1D-элемента

Параметры пространственного инерционного элемента (M3D1)

M = 0.1 кг - Масса 3D-элемента

Параметры источника силы (SF1D1)

FC = 5 Н - Приложенная сила

Датчики

X1, V1 - датчики перемещения и скорости 1D-элемента

Sy, Sx, Sz - датчики перемещения по осям X, Y, Z для 3D-элемента

Vy, Vx, Vz - датчики скорости по осям X, Y, Z для 3D-элемента

Сплиттер

XYZ2X_Y_Z1 - Распределяет степени свободы для 3D-элемента

end = 5 с - Время интегрирования

Схема тестирования:

На первом порту (1D механический порт) к системе приложена сила величиной 5 Н (SF1D1). В этом же узле находится масса 1 кг (M1D1). Под действием силы формируется движение, параметры которого контролируются с помощью датчиков перемещения и скорости (X1 и V1). Упругая связь SV13W1 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 (M3D1) массой 0.1 кг. Этот элемент воспринимает передаваемое вращательное воздействие. В данном узле через сплиттер (XYZ2X_Y_Z1) установлены датчики перемещения (Sy, Sx, Sz) и скорости (Vy, Vx, Vz) для контроля динамики движения по каждой оси. Ось вращения AB 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 - SV13W.Check (угловые скорости V1, Vy и перемещения X1, Sy, а также Vx, Vz, Sx, Sz)