Объект: SV3UKP

Библиотека: Mechanics3D

Имя на уровне решателя: Mechanics3D.SV3UKP

Аннотация: Связь с односторонней упруго-пластической характеристикой, начальным зазором и разрушением

Обозначение:

Порты (степени свободы) компонента:

№	Обозначение порта	Тип	Наименование порта
1	node1	XYZ	Узел поступательного 3-мерного движения.
2	node2	XYZ	Узел поступательного 3-мерного движения.

Пользовательские параметры модели:

№	Параметр	Тип	Описание	Единица	Значение по умолч.
1	Flag	real	Признак, указывающий работает элемент на растяжение или сжатие		1
2	Fp	real	Величина усилия, определяющая переход в пластическое состояние	N	1.0
3	Sb	real	Продолжительность участка пластической деформации до момента разрушения	m	1.0
4	Se	real	Упругое смещение после выборки зазора	m	1.0
5	pointA	pXYZ	Начальные координаты первого связываемого тела (Xa,Ya,Za)	m	0, 0, 0
6	pointB	pXYZ	Начальные координаты второго связываемого тела (Xb,Yb,Zb)	m	1, 0, 0
7	s0	real	Величина начального зазора	m	1.0

Пример использования компонента

Модель связи с односторонней упруго-пластической характеристикой, начальным зазором и разрушением (SV3UKP)

Объект SV3UKP — связь с односторонней упруго-пластической характеристикой, начальным зазором и разрушением. Модель описывает пространственное соединение между двумя телами, которое ведёт себя по-разному в зависимости от направления движения: до выбора начального зазора связь не оказывает сопротивления, затем работает как упругая пружина, после чего переходит в пластическое состояние с постоянным сопротивлением и, наконец, разрушается по исчерпании заданной длины пластической деформации. Используется в механических системах для моделирования соединений с мертвым ходом, ограниченной прочностью и эффектами обрыва.

Проверка реакции связи SV3UKP1 на растяжение вдоль своей оси до полного разрушения с учётом упругого и пластического участков.

Начальные данные:

Параметры модели (SV3UKP1)

pointA = 0, 0, 0 - Начальные координаты опоры (точка A), м

pointB = 1, 0, 0 - Начальные координаты точки на массе (точка B), м

Fp = 100.0 - Критическая сила разрушения, Н

s0 = 1.0 - Начальный зазор, м

Se = 1e-2 - Упругое смещение (длина упругой деформации), м

Sb = 0.10 - Длина пути пластического сопротивления до разрыва, м

Flag = 1 - Признак работы на растяжение

Параметры инерционного элемента (M3D)

M = 1.0 кг - Инертная масса тела

Параметры источника силы (SF1D1)

FC = 10 - Модуль приложенного вектора силы, Н

Сплиттеры и датчики

XYZ2X_Y_Z1, XYZ2X_Y_Z2 - Разветвители по степеням свободы X, Y, Z

X1 - Датчик перемещения по оси X

V1 - Датчик скорости по оси X

end = 2 - Время интегрирования, с

Схема тестирования:

Схема представляет собой пространственную механическую систему, состоящую из точечной массы, на которую действует сила по оси X через сплиттер, и упруго-пластической связи SV3UKP1, которая ведёт себя по-разному в зависимости от направления движения в пространстве. Источник силы SF1D1 прикладывает постоянную внешнюю силу FC = 10 Н. Инерционный элемент M3D1 обладает массой M = 1.0 кг. Нелинейная связь SV3UKP1 является 3D-соединением между точкой A (закреплённая опора) и точкой B (на массе). Поскольку координаты pointA = (0,0,0) и pointB = (1,0,0), связь изначально расположена вдоль оси X. Зазор s0 = 1.0 означает, что масса должна преодолеть расстояние в 1 метр именно по оси X (от 0 до 1), прежде чем связь вступит в работу. Показания X1 и V1 снимаются через сплиттер по оси X.

Результат:

График скорости V1: От 0 до ~0.45 с: Линейный рост. Вектор силы разгоняет массу вдоль оси X. Наклон линии — постоянное ускорение a = F делить на M = 10 делить на 1 = 10 м*с^-2. В точке ~0.45 с: Резкое падение. Это момент, когда смещение по X достигает 1.0 м (зазор s0 выбран). Происходит включение связи. От 0.45 до ~0.55 с: Скорость уменьшается. Сила тратится на преодоление пластического сопротивления связи. В точке ~0.55 с: Излом графика. Этот момент точно соответствует интервалу Sb = 0.10. Связь разрушается. Дальше снова чистое ускорение без помех (связи больше нет).

График перемещения X1: Представляет собой функцию, состоящую из парабол с разной кривизной. Переломы точно соответствуют моментам падения скорости и разрушения связи.

Модель успешно симулирует пространственную кинематику элемента SV3UKP1 с наличием мертвого хода (зазора s0), последующего упругого участка протяжённостью Se, перехода в пластическое состояние при достижении пороговой силы Fp и окончательного разрушения связи по исчерпании заданной длины пластической деформации Sb в заданном направлении (по оси X). Тест подтвердил корректность работы алгоритма элемента.

Формула для расчёта ускорения на первой фазе:

\[a = \frac{F}{M} = \frac{10}{1} = 10\ \text{м/с}^2\]

Схема теста

Рисунок 1 - Схема теста

График результата теста

Рисунок 2 - SV3UKP.Check (скорость V1 и перемещение X1)