Жесткий поступательный ограничитель

Двусторонний поступательный жесткий ограничитель.

Тип: AcausalFoundation.Mechanical.Translational.Elements.HardStop

Путь в библиотеке:

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

Описание

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

translational hard stop 1

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 Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок 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 Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке уравнения содержат дополнительные члены и . Эти условия гарантируют, что при отскоке не применяется демпфирование.

Модель жесткой остановки по умолчанию Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок 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.

Переменные

Используйте группу параметров Целевые значения, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

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

# Верхняя граница — зазор между штоком и верхней границей
м | мкм | мм | см | км | in | ft | yd | mi | nmi

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` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.1 m`
Имя для программного использования	`upper_bound`
Вычисляемый	Да

# Нижняя граница — зазор между штоком и нижней границей
м | мкм | мм | см | км | in | ft | yd | mi | nmi

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` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`-0.1 m`
Имя для программного использования	`lower_bound`
Вычисляемый	Да

# Модель жесткого упора — выбор модели жесткой остановки
Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок | Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке | Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок | На основе коэффициента восстановления

Details

Выберите набор допущений при работе блока:

Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок — 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.
Полная жесткость и демпфирование на границах, 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.
Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок — 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.

На основе коэффициента восстановления — 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 на верхней границе — коэффициент упругости столкновения на верхней границе
Н/м | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | 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 жесткого упора одно из значений:

Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок;
Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке;
Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок.

Единицы измерения	`N/m` \| `mN/m` \| `kN/m` \| `MN/m` \| `GN/m` \| `kgf/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`1e6 N/m`
Имя для программного использования	`k_upper_bound`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент упругости на нижней границе — коэффициент упругости на нижней границе
Н/м | mN/m | kN/m | MN/m | GN/m | kgf/m | 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 жесткого упора одно из значений:

Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок;
Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке;
Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок.

Единицы измерения	`N/m` \| `mN/m` \| `kN/m` \| `MN/m` \| `GN/m` \| `kgf/m` \| `lbf/ft` \| `lbf/in`
Значение по умолчанию	`1e6 N/m`
Имя для программного использования	`k_lower_bound`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент демпфирования на верхней границе — коэффициент демпфирования на верхней границе
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

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 жесткого упора одно из значений:

Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок;
Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке;
Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок.

Единицы измерения	`Ns/m` \| `kgfs/m` \| `lbfs/ft` \| `lbfs/in`
Значение по умолчанию	`150.0 N*s/m`
Имя для программного использования	`C_upper_bound`
Вычисляемый	Да

# Коэффициент демпфирования на нижней границе — коэффициент демпфирования на нижней границе
N*s/m | kgf*s/m | lbf*s/ft | lbf*s/in

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 жесткого упора одно из значений:

Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок;
Полная жесткость и демпфирование на границах, без демпфирования при отскоке;
Полная жесткость и демпфирование на границах, демпфированный отскок.

Единицы измерения	`Ns/m` \| `kgfs/m` \| `lbfs/ft` \| `lbfs/in`
Значение по умолчанию	`150.0 N*s/m`
Имя для программного использования	`C_lower_bound`
Вычисляемый	Да

# Область увеличения силы — область, в которой сила увеличивается
м | мкм | мм | см | км | in | ft | yd | mi | nmi

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 жесткого упора значение Плавное применение жесткости и демпфирования в переходной области, демпфированный отскок.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
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 жесткого упора значение На основе коэффициента восстановления.

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
м/с | мм/с | см/с | км/с | m/hr | km/hr | in/s | ft/s | mi/s | ft/min | mi/hr | kn

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

Единицы измерения	`m/s` \| `mm/s` \| `cm/s` \| `km/s` \| `m/hr` \| `km/hr` \| `in/s` \| `ft/s` \| `mi/s` \| `ft/min` \| `mi/hr` \| `kn`
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 | nN | uN | мН | кН | MN | GN | dyn | lbf | kgf

Details

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

Зависимости

Единицы измерения	`N` \| `nN` \| `uN` \| `mN` \| `kN` \| `MN` \| `GN` \| `dyn` \| `lbf` \| `kgf`
Значение по умолчанию	`0.001 N`
Имя для программного использования	`F_static_contact_release_threshold`
Вычисляемый	Да

Жесткий поступательный ограничитель

Описание

Модели, основанные на жесткости и демпфировании

Модель, основанная на коэффициенте упругого восстановления при ударе

Переменные

Порты

Ненаправленные

Параметры

Параметры

Примеры