Loaded-Contact Translational Friction

Контактное трение с нагрузкой между двумя скользящими поверхностями.

Тип: Engee1DMechanical.Brakes.LoadedContactTranslationalFriction

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/1D Mechanical/Brakes & Detents/Translational/Loaded-Contact Translational Friction

Описание

Блок Loaded-Contact Translational Friction моделирует трение между двумя поверхностями скольжения, нагруженными нормальной силой.

Блок реализован как структурный компонент на основе блока Fundamental Friction Clutch. Из заблокированного состояния две поверхности расцепляются, если приложенная сила превышает статическое трение, определяемое статическим коэффициентом трения и текущей нормальной силой. Подробнее о том, как моделируется блокировка и разблокировка, см.в блоке Fundamental Friction Clutch.

Усилие передается нормальной силой, превышающей значение параметра Threshold force.

Уравнения

Этот блок моделирует трение между скользящими поверхностями, нагруженными нормальной силой. Когда две скользящие поверхности не заблокированы, сила трения определяется с помощью этих уравнений:

где

– передаваемая сила;
– нормальная сила;
– коэффициент трения;
– относительная скорость;
– сила вязкого сопротивления;
– коэффициент вязкого трения.

Модель, зависящая от скорости

Вы можете смоделировать эффекты изменения скорости, выбрав модель, зависящую от скорости. Чтобы выбрать модель, зависящую от скорости, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая, зависящая от скорости модель.

Для модели, зависящей от скорости, установите значения параметров в группе параметров Friction:

Relative velocity vector
Kinetic friction coefficient vector
Friction coefficient interpolation method
Friction coefficient extrapolation method

Тепловая модель

Вы можете моделировать эффекты теплопередачи и изменения температуры, выбрав модель, зависящую от температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую от температуры, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients. Информацию о модели трения, которая зависит как от скорости, так и от температуры, см. в разделе Тепловая, зависящая от скорости модель.

При использовании модели, зависящей от температуры, у блока появляется тепловой порт H. Для настройки модели установите значения параметров:

в группе параметров Friction:
- Temperature vector
- Static friction coefficient vector
- Kinetic friction coefficient vector
- Friction coefficient interpolation method
- Friction coefficient extrapolation method
в группе параметров Thermal Port:
- Thermal mass
- Initial Temperature

Тепловая, зависящая от скорости модель

Вы можете моделировать эффекты изменения скорости и теплового потока, выбрав модель, зависящую от скорости и температуры. Чтобы выбрать модель, зависящую и от скорости, и от температуры, в группе параметров Friction установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

При использовании модели, зависящей от скорости и температуры, у блока появляется тепловой порт H. Для настройки модели установите значения параметров:

в группе параметров Friction:
- Relative velocity vector
- Temperature vector
- Static friction coefficient vector
- Kinetic friction coefficient matrix
- Friction coefficient interpolation method
- Friction coefficient extrapolation method
в группе параметров Thermal Port:
- Thermal mass
- Initial Temperature

Ограничения и предположения

Модель не учитывает инерцию. При необходимости добавьте условия инерции извне к портам B и F.
Модель рассчитывает передаваемую силу, предполагая равномерное распределение нормальной силы.

Порты

Вход

# N — нормальная сила
скаляр

Details

Входной порт, связанный с нормальной силой. Значение может быть положительным или нулевым. Значение меньше нуля приравнивается к нулю.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# F — ведомая (подвижная) поверхность
постапательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с ведомой (подвижной) поверхностью.

Имя для программного использования

follower_flange

# B — базовая поверхность
поступательная механика

Details

Ненаправленный порт, связанный с приводной (базовой) поверхностью.

Имя для программного использования

base_flange

# H — тепловой поток
тепло

Details

Ненаправленный порт, связанный с тепловым потоком.

Тепловой порт позволяет моделировать тепловой поток между блоком и подключенной сетью.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт,установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Имя для программного использования

thermal_port

Параметры

Параметры трения

# Friction model — модель трения
Fixed kinetic friction coefficient | Velocity-dependent kinetic friction coefficient | Temperature-dependent friction coefficients | Temperature and velocity-dependent friction coefficients

Details

Метод параметризации для моделирования коэффициента трения скольжения:

Fixed kinetic friction coefficient — задается фиксированное значение для коэффициента трения скольжения.
Velocity-dependent kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения определяется по таблице поиска на основе относительной скорости между поверхностями.
Temperature-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице поиска на основе температуры.
Temperature and velocity-dependent friction coefficients — коэффициент трения скольжения определяется по таблице поиска на основе температуры и относительной скорости между поверхностями.

Значения	`Fixed kinetic friction coefficient` \| `Velocity-dependent kinetic friction coefficient` \| `Temperature-dependent friction coefficients` \| `Temperature and velocity-dependent friction coefficients`
Значение по умолчанию	`Fixed kinetic friction coefficient`
Имя для программного использования	`kinetic_friction_coefficient_type`
Вычисляемый	Да

# Static friction coefficient — коэффициент статического трения

Details

Статическое или пиковое значение коэффициента трения. Статический коэффициент трения должен быть больше, чем кинетический коэффициент трения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient или Velocity-dependent kinetic friction coefficient.

Значение по умолчанию	`0.35`
Имя для программного использования	`static_friction_coefficient_const`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient — коэффициент трения скольжения

Details

Коэффициент кинетического или кулоновского трения. Коэффициент должен быть больше нуля.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Fixed kinetic friction coefficient.

Значение по умолчанию	`0.3`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_const`
Вычисляемый	Да

# Velocity tolerance — пороговое значение относительной скорости блокировки
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Относительная скорость, ниже которой две поверхности могут заблокироваться. Поверхности блокируются, если момент сил трения через порты B и F меньше, чем произведение эффективного радиуса, коэффициента статического трения и приложенной нормальной силы.

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`0.001 m/s`
Имя для программного использования	`v_slip_threshold`
Вычисляемый	Да

# Threshold force — порог нормальной силы контакта
N | kN | lb | mN | dyn | lbf

Details

Нормальная сила, приложенная к скалярному порту N, прикладывается к контакту только в том случае, если величина силы превышает значение параметра Threshold force. Сила меньше значения параметра Threshold force не прикладываются, поэтому момент сил трения не передается.

Единицы измерения	`N` \| `kN` \| `lb` \| `mN` \| `dyn` \| `lbf`
Значение по умолчанию	`1.0 N`
Имя для программного использования	`F_vertical_threshold`
Вычисляемый	Да

# Relative velocity vector — вектор относительных скоростей
fpm | fps | kph | mph | m/s | cm/s | ft/s | in/s | km/s | mi/s | mm/s

Details

Вектор значений относительных скоростей. Значения в векторе должны монотонно возрастать. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Единицы измерения	`fpm` \| `fps` \| `kph` \| `mph` \| `m/s` \| `cm/s` \| `ft/s` \| `in/s` \| `km/s` \| `mi/s` \| `mm/s`
Значение по умолчанию	`[0.0, 0.1, 1.0] m/s`
Имя для программного использования	`delta_v_vector`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Relative velocity vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model установлен в значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient.

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.22, 0.19]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_vector`
Вычисляемый	Да

# Friction coefficient interpolation method — метод интерполяции
Linear | Smooth

Details

Метод, используемый для интерполяции между опорными точками таблицы поиска:

Linear — выберите это значение для наименьших вычислительных затрат;
Smooth — выберите это значение, чтобы получить непрерывную кривую с непрерывными производными первого порядка.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Velocity-dependent kinetic friction coefficient, Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Значения	`Linear` \| `Smooth`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`friction_coefficient_interpolation_method`
Вычисляемый	Да

# Friction coefficient extrapolation method — метод экстраполяции
Linear | Nearest | Error

Details

Метод, используемый для экстраполяции точек останова в таблице поиска. Этот метод определяет выходное значение, когда входное значение выходит за пределы диапазона, указанного в списке аргументов:

Linear — выберите это значение, чтобы получить кривую с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и на границе с областью интерполяции.
Nearest — выберите это значение, чтобы использовать экстраполяцию, которая не поднимается выше самого большого значения в данных или не опускается ниже самого маленького значения в данных.
Error — выберите это значение, чтобы избежать экстраполяции, когда вы хотите, чтобы данные находились в пределах диапазона таблицы. Если входной сигнал выходит за пределы диапазона таблицы, симуляция останавливается и выводит ошибку.

Зависимости

Значения	`Linear` \| `Nearest` \| `Error`
Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`friction_coefficient_extrapolation_method`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор значений температуры. Значения в векторе должны монотонно возрастать. Минимальное количество элементов вектора зависит от выбранного метода интерполяции. Если для параметра Friction coefficient interpolation method установлено значение:

Linear, то минимальное количество элементов вектора равно двум.
Smooth, то минимальное количество элементов вектора равно трем.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature-dependent friction coefficients или Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[280.0, 300.0, 320.0] K`
Имя для программного использования	`temperature_vector`
Вычисляемый	Да

# Static friction coefficient vector — вектор коэффициентов статического трения

Details

вектор коэффициентов статического или пикового трения. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector. Каждое значение должно быть больше, чем значение соответствующего элемента в векторе Kinetic friction coefficient vector.

Зависимости

Значение по умолчанию	`[0.4, 0.38, 0.36]`
Имя для программного использования	`static_friction_coefficient_vector`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient vector — вектор коэффициентов трения скольжения

Details

Вектор значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность этого вектора должна соответствовать размерности вектора Temperature vector.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model установлен в значение Temperature-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.3, 0.28, 0.25]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_vector_temperature`
Вычисляемый	Да

# Kinetic friction coefficient matrix — матрица коэффициентов трения скольжения

Details

Матрица значений коэффициента кинетического трения. Все значения должны быть больше нуля. Размерность матрицы должна быть (Temperature vector) на (Relative velocity vector) на(Kinetic friction coefficient vector).

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Friction model значение Temperature and velocity-dependent friction coefficients.

Значение по умолчанию	`[0.34 0.32 0.3; 0.3 0.28 0.25; 0.25 0.2 0.15]`
Имя для программного использования	`coulomb_friction_coefficient_matrix`
Вычисляемый	Да

Вязкостные потери

# Viscous drag torque coefficient — коэффициент вязкого сопротивления
kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Коэффициент вязкого трения , для расчета силы трения. Коэффициент зависит от типа рабочей жидкости, температуры жидкости и максимального расстояния между поверхностями.

Единицы измерения	`kg/s` \| `N*s/m` \| `N/(m/s)` \| `lbf/(ft/s)` \| `lbf/(in/s)`
Значение по умолчанию	`0.0 N*s/m`
Имя для программного использования	`viscous_coefficient`
Вычисляемый	Да

Начальные условия

# Initial state — начальное состояние муфты
Unlocked | Locked

Details

Состояние внутреннего блока Fundamental Friction Clutch в начале симуляции.

Unlocked – порты B и F изначально скользящие друг относительно друга.
Locked – порты B и F изначально заблокированы вместе.

Значения	`Unlocked` \| `Locked`
Значение по умолчанию	`Unlocked`
Имя для программного использования	`initial_state`
Вычисляемый	Да

Тепловой порт

# Thermal mass — теплоемкость
J/K | kJ/K

Details

Тепловая энергия, необходимая для изменения температуры компонента на один градус. Чем больше теплоемкость, тем более устойчив компонент к изменению температуры.

Зависимости

Единицы измерения	`J/K` \| `kJ/K`
Значение по умолчанию	`50.0 kJ/K`
Имя для программного использования	`thermal_mass`
Вычисляемый	Да

Details

Температура компонента в начале симуляции.

Зависимости

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`300.0 K`
Имя для программного использования	`temperature_start`
Вычисляемый	Да