Документация Engee

Поступательные упоры

Страница в процессе разработки.

Двусторонний поступательный жесткий ограничитель.

Тип: AcausalFoundation.Mechanical.Translational.Elements.HardStop

translational hard stop

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Fundamental/Mechanical/Translational/Elements/Translational Hard Stop

Описание

Блок Поступательные упоры представляет двухсторонний механический поступательный жесткий ограничитель, ограничивающий движение тела между верхней и нижней границами.

translational hard stop 1 ru

Шток соответствует порту R, а корпус — порту C. Блок передает усилие от порта R к порту C, когда зазор закрыт в положительном направлении.

Блок вычисляет положение штока исходя из скорости штока .

Если длина штока , а положение штока на отрицательной стороне , то . В блоке предполагается, что длина штока равна 0 и длины и не моделируются, но в схеме эти символы используются для объяснения базовой конструкции жесткого ограничителя.

Значение — начальный зазор на положительной стороне, измеренный от :

  • Чтобы положительный зазор был открыт, значение должно быть положительным.

  • Отрицательное значение означает, что шток проникает за верхнюю границу.

  • Зазор закрыт, если .

Значение — начальный зазор на отрицательной стороне, измеренный от :

  • Чтобы отрицательный зазор был открыт, значение должно быть отрицательным.

  • Положительное значение означает, что шток проникает за нижнюю границу.

  • Зазор закрыт, если .

В блоке предоставлено несколько вариантов моделирования:

  • Три варианта, основанные на жесткости и демпфировании. Эти модели используют аналогичные базовые уравнения и различаются тем, как жесткость и демпфирование применяются на границах.

  • Вариант моделирования, основанный на коэффициенте упругого восстановления при ударе. Эта модель отличается от трех других тем, что в ней используется диаграмма режимов для представления поведения жесткой остановки.

Модели, основанные на жесткости и демпфировании

Предполагается, что ударное взаимодействие штока и ограничителей является упругим. Ограничитель представлен в виде пружины, которая входит в контакт со штоком при устранении зазора. Пружина противодействует движению штока внутрь ограничителя с силой, линейно пропорциональной величине этого движения. Для учета рассеивания энергии и неупругих эффектов в качестве параметра блока вводится демпфирование, что позволяет учитывать потери энергии.

Базовая модель жесткой остановки Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке описывается следующими уравнениями:

,

где

  • — сила взаимодействия между штоком и корпусом;

  • — начальный зазор между штоком и верхней границей;

  • — начальный зазор между штоком и нижней границей;

  • — положение штока;

  • — жесткость контакта на верхней границе;

  • — жесткость контакта на нижней границе;

  • — коэффициент демпфирования на верхней границе;

  • — коэффициент демпфирования на нижней границе;

  • — скорость штока;

  • — время.

В модели жесткой остановки Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке уравнения содержат дополнительные члены и . Эти условия гарантируют, что при отскоке не применяется демпфирование.

Модель жесткой остановки по умолчанию Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке добавляет к уравнениям две переходные области, по одной на каждой границе. Пока шток проходит через переходную область, блок плавно увеличивает усилие от нуля до полного значения. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование. При отскоке как жесткость, так и демпфирующие силы плавно уменьшаются до нуля. В этих уравнениях также используются функции сравнения ge и le.

Блок ориентирован от R к C. Это означает, что блок передает усилие от порта R к порту C, когда зазор закрыт в положительном направлении.

Модель, основанная на коэффициенте упругого восстановления при ударе

В отличие от моделей, основанных на жесткости и демпфировании, эта модель не допускает проникновения штока в жесткие ограничители. Поведение жесткого ограничителя представлено в виде диаграммы режимов с тремя регулярными и тремя мгновенными режимами:

  • FREE — передача усилия между штоком и корпусом отсутствует.

  • CONTACT_UPPER — положительный зазор закрыт.

  • CONTACT_LOWER — отрицательный зазор закрыт.

  • RELEASE_UPPER — мгновенный режим, необходимый для перехода от CONTACT_UPPER к FREE.

  • RELEASE_LOWER — мгновенный режим, необходимый для перехода от CONTACT_LOWER к FREE.

  • IMPACT — мгновенный режим, используемый при отскоке штока.

Если шток ударяется о корпус медленно, со скоростью меньше пороговой скорости статического контакта, шток и корпус остаются в контакте. В противном случае шток отскакивает. При отскоке шток теряет скорость из-за коэффициента упругого восстановления. В любом из контактных режимов скорость штока . Чтобы перейти из контактного режима в свободный, к штоку должна быть приложена сила, превышающая пороговое значение статической силы размыкания контакта, и переход должен пройти через режим мгновенного размыкания для установки начальной скорости.

Этот вариант моделирования улучшает производительность моделирования, поскольку статический контактный режим не требует от блока вычисления жесткой силы остановки, когда блок находится в контактном режиме.

Порты

Ненаправленные

# R — шток
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствующий штоку, который перемещается между ограничителями, установленными на корпусе.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус
поступательная механика

Details

Механический поступательный порт, соответствующий корпусу.

Имя для программного использования

case_flange

Параметры

Параметры

# Верхнее ограничение — зазор между штоком и верхней границей
м | см | ft | in | км | mi | мм | мкм | yd

Details

Зазор между штоком и верхней границей. Направление задается в локальной системы координат, при этом шток находится в начале координат. Положительное значение параметра определяет зазор между штоком и верхней границей. Отрицательное значение устанавливает шток как проникающий в верхнюю границу.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd
Значение по умолчанию

0.1 m
Имя для программного использования

upper_bound
Вычисляемый

Да

# Нижнее ограничение — зазор между штоком и нижней границей
м | см | ft | in | км | mi | мм | мкм | yd

Details

Зазор между штоком и нижней границей. Направление задается в локальной системы координат, при этом шток находится в начале координат. Отрицательное значение параметра определяет зазор между штоком и нижней границей. Положительное значение устанавливает шток как проникающий в нижнюю границу.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd
Значение по умолчанию

-0.1 m
Имя для программного использования

lower_bound
Вычисляемый

Да

# Модель упора — выбор модели жесткой остановки
Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке | Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке | Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке | Based on coefficient of restitution

Details

Выберите набор допущений при работе блока:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке — задается переходная область, в которой сила сопротивления нарастает с нуля. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование. В этой модели применяется демпфирование при отскоке, но оно ограничено значением момента жесткости. В этом смысле демпфирование может уменьшить или устранить крутящий момент, обеспечиваемый жесткостью, но никогда не превышать его. Все уравнения являются гладкими.

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке — эта модель обладает полной жесткостью и демпфированием, применяемыми при ударе на верхней и нижней границах, без демпфирования при отскоке. Уравнения не приводят к пересечению нуля, когда скорость меняет знак, но на границах есть пересечение нуля, основанное на положении. Отсутствие демпфирования при отскоке помогает быстро вывести шток из этого положения. Эта модель имеет нелинейные уравнения.

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке — эта модель имеет полную жесткость и демпфирование, применяемые при ударе на верхней и нижней границах, с демпфированием, применяемым и на отскоке тоже. Уравнения переключаются линейно, но приводят к пересечению нуля на основе положения.

  • Based on coefficient of restitution — в этой модели используется диаграмма режимов с регулярными и мгновенными режимами для представления поведения жесткой остановки. Все уравнения являются гладкими и не имеют нулевых пересечений. Этот вариант моделирования улучшает производительность симуляции.

Значения

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, undamped rebound | Full stiffness and damping applied at bounds, damped rebound | Based on coefficient of restitution
Значение по умолчанию

Stiffness and damping applied smoothly through transition region, damped rebound
Имя для программного использования

model
Вычисляемый

Нет

# Коэффициент упругости верхнего ограничения — коэффициент упругости столкновения на верхней границе
Н/м | lbf/ft | lbf/in

Details

Этот параметр определяет свойство упругости столкновения, когда шток достигает верхней границы. Чем больше значение параметра, тем меньше тела проникают друг в друга, тем жестче становится ограничитель. Меньшее значение параметра делает контакт мягче, но в целом улучшает сходимость и вычислительную эффективность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

N/m | lbf/ft | lbf/in
Значение по умолчанию

1e6 N/m
Имя для программного использования

k_upper_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент упругости нижнего ограничения — коэффициент упругости на нижней границе
Н/м | lbf/ft | lbf/in

Details

Этот параметр определяет свойство упругости при столкновении, когда шток достигает нижней границы. Чем больше значение параметра, тем меньше тела проникают друг в друга, тем жестче становится ограничитель. Меньшее значение параметра делает контакт мягче, но в целом улучшает сходимость и вычислительную эффективность.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

N/m | lbf/ft | lbf/in
Значение по умолчанию

1e6 N/m
Имя для программного использования

k_lower_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент демпфирования верхнего ограничения — коэффициент демпфирования на верхней границе
kg/s | N*s/m | Н/(м/с) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Этот параметр определяет демпфирование при столкновении, когда шток достигает верхней границы. Чем больше значение параметра, тем больше энергии рассеивается при взаимодействии.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Значение по умолчанию

150.0 N/(m/s)
Имя для программного использования

C_upper_bound
Вычисляемый

Да

# Коэффициент демпфирования нижнего ограничения — коэффициент демпфирования на нижней границе
kg/s | N*s/m | Н/(м/с) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)

Details

Этот параметр определяет демпфирование при столкновении, когда шток достигает нижней границы. Чем больше значение параметра, тем больше энергии рассеивается при взаимодействии.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора одно из значений:

  • Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, без демпфирования при отскоке;

  • Максимальная жесткость и демпфирование при контакте, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

kg/s | N*s/m | N/(m/s) | lbf/(ft/s) | lbf/(in/s)
Значение по умолчанию

150.0 N/(m/s)
Имя для программного использования

C_lower_bound
Вычисляемый

Да

# Переходная область — область, в которой сила увеличивается
м | см | ft | in | км | mi | мм | мкм | yd

Details

Область, в которой сила увеличивается от нуля до полного значения. В конце переходной области применяются полная жесткость и демпфирование.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение Плавное нарастание жесткости и демпфирования в переходной области, с демпфированием при отскоке.

Единицы измерения

m | cm | ft | in | km | mi | mm | um | yd
Значение по умолчанию

0.1 mm
Имя для программного использования

transition_region
Вычисляемый

Да

# Коэффициент восстановления — соотношение конечной и начальной относительной скорости между штоком и ограничителем после столкновения

Details

Отношение конечной и начальной относительной скорости между штоком и ограничителем после отскока штока.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение Based on coefficient of restitution.

Значение по умолчанию

0.7
Имя для программного использования

restitution_coefficient
Вычисляемый

Да

# Пороговая скорость контакта — пороговое значение относительной скорости между штоком и ограничителем перед столкновением
fpm | fps | км/ч | mph | м/с | см/с | ft/s | in/s | км/с | mi/s | мм/с

Details

Пороговое значение относительной скорости между штоком и ограничителем до столкновения. Если шток ударяется о корпус со скоростью, меньшей, чем значение этого параметра, они остаются в контакте. В противном случае шток отскакивает. Чтобы избежать моделирования статического контакта между штоком и корпусом, установите для этого параметра значение 0.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение Based on coefficient of restitution.

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_static_contact_threshold
Вычисляемый

Да

# Пороговая сила размыкания контакта — пороговое значение силы, необходимой для перехода из контактного состояния в свободное
Н | кН | lb | мН | dyn | lbf

Details

Минимальное значение силы, необходимой для вывода штока из состояния статического контакта.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Модель упора значение Based on coefficient of restitution.

Единицы измерения

N | kN | lb | mN | dyn | lbf
Значение по умолчанию

0.001 N
Имя для программного использования

F_static_contact_release_threshold
Вычисляемый

Да

Примеры