Die Bewegung von strömungsgetriebenen Objekten wird von der Strömung und von den vom Benutzer angegebenen Antriebs- und Widerstandskräften beeinflusst. Die Ursprünge dieser Kräfte müssen in das Analysemodell nicht aufgenommen werden. Die Kräfte wirken auf das Objekt in einer vom Benutzer vorgeschriebenen Weise, um die Bewegung in der vorherrschenden Richtung zu unterstützen oder das Fortkommen zu erschweren.
An verschiedenen Stellen wird in diesem Abschnitt auf den Richtungsvektor des Objekts Bezug genommen. Dies ist die Richtung, die im Taskdialogfeld "Bewegung" angegeben wird. Da die wirkliche Richtung einer strömungserzeugten Bewegung vor der Analyse nicht immer bekannt ist, ist diese Richtung eigentlich die positive Referenzrichtung. Richtungen von Antriebs- und Widerstandskräften sind dann relativ zu dieser Richtung.
Strömungsgetriebene Objekte können mit einer bekannten Geschwindigkeit starten und dann auf Basis ihrer Interaktion mit dem umgebenden Fluid (und den angewendeten Kräften) beschleunigt oder verlangsamt werden.
So öffnen Sie den Bewegungseditor
- Legen Sie im Schnellbearbeitungs-Dialogfeld "Bewegung" den Typ auf Linear fest, und aktivieren Sie Strömungserzeugt.
- Klicken Sie in der Zeile Bewegung bearbeiten auf Bearbeiten....
So definieren Sie eine strömungserzeugte lineare Bewegung
- Es sind drei Eigenschaften verfügbar, aber nicht bei allen Einträge erforderlich: Anfangsgeschwindigkeit, Antriebskraft und Widerstandskraft.
- Wählen Sie für jede gewünschte Eigenschaft die Variationsmethode aus, und geben Sie die entsprechenden Werte ein. Die Variationsmethoden werden nachfolgend für jede Eigenschaft beschrieben.
- Klicken Sie auf Anwenden.
- Klicken Sie auf OK.
Variationsmethoden
Anfangsgeschwindigkeit
Wenn das Objekt am Anfang der Berechnung in Bewegung ist (und sich nicht aus dem Stillstand heraus in Bewegung setzt), muss die Anfangsgeschwindigkeit angegeben werden. Das Objekt bewegt sich mit dieser Geschwindigkeit beim Berechnungsbeginn und reagiert dann entsprechend den Strömungskräften.
Antriebskraft
Antriebskräfte sind Kräfte, die positiv sind, wenn sie in der Bewegungsrichtung wirken, die im Taskdialogfeld "Bewegung" angegeben wurde. Eine negative Antriebskraft wirkt in die entgegengesetzte Richtung.
Beispiele von Antriebskräften sind elektromagnetische und andere Körperkräfte sowie Kräfte, die Objekte ausüben, die in der Analysegeometrie ausgelassen wurden. Die Kraft wirkt in die gleiche Richtung wie die Richtung der Bewegung (gemäß der Angabe im Taskdialogfeld "Bewegung"):
Eine Antriebskraft kann verwendet werden, um die Schwerkraft auf einem Objekt darzustellen, indem das Gewicht des Objekts als Antriebskraft angegeben wird, wenn die Schwerkraft in Bewegungsrichtung wirkt.
Die Variationsmethoden für die Antriebskraft werden im Folgenden beschrieben:
Konstante Variationsmethode
Geben Sie einen konstanten Kraftwert ein, um während der ganzen Analyse eine unveränderliche Kraft auf das Objekt anzuwenden.
Tabellen-Variationsmethode
Wenn eine Antriebskraft mit der Zeit variieren soll, geben Sie den Zeitverlauf als Tabelle von Antriebskraft und Zeit ein. Wie bei allen Tabelleneinträgen können die Werte aus einer Excel-Datei (".csv") abgerufen oder in diesem Format gespeichert werden.
Widerstandskraft
Die angewendeten Widerstandskräfte wirken sich auf die Bewegung des Objekts aus, indem sie gegen die angegebene Bewegungsrichtung wirken und sein Fortkommen erschweren. Ein positiver Wert einer Widerstandskraft wirkt in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung; ein negativer Wert wirkt in Richtung der Bewegung.
Zusätzlich zu konstanten und tabellarischen Angaben können Widerstandskräfte als Feder angegeben werden. Hierbei handelt es sich um eine virtuelle Feder, die nicht im Geometriemodell enthalten ist.
Eine Widerstandskraft kann verwendet werden, um die Schwerkraft auf einem Objekt darzustellen, indem das Gewicht des Objekts als Widerstandskraft angegeben wird, wenn die Schwerkraft in die entgegengesetzte Richtung der Bewegung wirkt.
Die Variationsmethoden für die Widerstandskraft werden im Folgenden beschrieben:
Konstant
Geben Sie einen konstanten Kraftwert ein, um während der ganzen Analyse eine unveränderliche Widerstandskraft auf das Objekt anzuwenden.
Tabelle
Wenn eine Widerstandskraft mit der Zeit variieren soll, geben Sie den Zeitverlauf als Tabelle von Widerstandskraft und Zeit ein. Wie bei allen Tabelleneinträgen können die Werte aus einer Excel-Datei (".csv") abgerufen oder in diesem Format gespeichert werden.
Feder
Vier Parameter sind erforderlich, um eine Feder anzugeben:
- Vorspannweg: Der zurückgelegte Weg, bevor die Feder berührt wird
- Kompressionsverschiebung: Der zurückgelegte Weg, bevor die Feder vollständig zusammengedrückt ist (relativ zum Startpunkt). Dies ist der Grenzwert der Bewegung und wird als Festanschlag betrachtet.
- Vorspannkraft: Die Größe der Kraft, die die Feder am Vorspannweg ausübt. (Dies ist die Federvorspannkraft. Wenn keine Vorspannkraft vorhanden ist, geben Sie 0 ein.)
- Kompressionskraft: Die Größe der Kraft, die die Feder während der Kompressionsverschiebung ausübt.
Der für eine strömungserzeugte Bewegung angegebene Richtungsvektor ist die positive Referenzrichtung. Abhängig von der Strömung kann sich die tatsächliche Richtung des Objekts ändern. Der im Taskdialogfeld "Bewegung" angegebene Richtungsvektor gibt eine Referenzrichtung für die Vorzeichen der angewendeten Kräfte und Verschiebungen an.
Da Federn typischerweise eine Widerstandskraft darstellen, wirkt eine positive Federkraft entgegengesetzt der Referenzrichtung des Objekts, während eine negative Federkraft in Referenzrichtung wirkt.
Entsprechend erfolgt eine positive Verschiebung in Referenzrichtung und eine negative Verschiebung entgegen der Referenzrichtung.
Alle Federverschiebungen/-wege sind relativ zur Anfangsposition, die mit dem Schieberegler "Ausgangsposition" im Taskdialogfeld "Bewegung" eingestellt wurde.
Die folgenden Diagramme beschreiben die Konfiguration mehrerer Szenarios mit Federn.
Wenn das Objekt bei Zeit = 0 die Feder nicht berührt, kann die Konfiguration wie folgt dargestellt werden:
Wenn das Objekt bei Zeit = 0 die Feder berührt, ist der Vorspannweg 0:
Wenn bei Zeit = 0 die Feder vom Objekt vollständig komprimiert wird, ist die Kompressionsverschiebung null, und der Vorspannweg ist die Entfernung bis dorthin, wo die Feder nicht mehr komprimiert wird:
Wenn sich das Objekt in die entgegengesetzte Richtung der Referenzrichtung bewegen muss, um
eine Feder zu berühren, müssen die Verschiebungen als negative Werte angewendet werden:
Beachten Sie, dass nur eine Feder auf einem bewegten Teil zulässig ist. Aus diesem Grund kann eine vorwärts und rückwärts wirkende Feder nicht auf dasselbe Teil angewendet werden.
Die Beziehung zwischen den erforderlichen Parametern und der Federkonstante wird durch folgende Gleichung beschrieben:
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Beispiel für die Definition einer Bewegung mit einer Widerstandsfeder