Выбор параметров динамического моделирования

После установки этих параметров они влияют на процесс динамического моделирования до тех пор, пока не будут изменены их значения. Сразу задайте параметры после открытия модуля "Динамическое моделирование".

1. Выберите на ленте вкладку "Среды" панель "Начать" "Динамическое моделирование", чтобы отобразить панели динамического моделирования.
2. Затем выберите вкладку "Динамическое моделирование" панель "Управление" "Параметры моделирования" .
3. Установите флажок "Автоматическое преобразование зависимостей в стандартные соединения" для включения механизма автоматического преобразования (механизм сокращения зависимостей).

   Параметр по умолчанию установлен.

   По нажатию кнопки "ОК" механизм сокращения зависимостей автоматически преобразует сборочные зависимости в стандартные соединения , обновляет преобразованные соединения при следующем открытии файла этого механизма.

4. Если необходимо предупреждение об избыточности зависимостей механизма, нажмите кнопку "Предупреждать об избыточности зависимостей механизма".

   Для новых механизмов этот параметр установлен по умолчанию, однако для механизмов, созданных в версиях, более ранних, чем 2008 автоматическое преобразование зависимостей по умолчанию не задано. Если включить эту функцию, в случае избыточности зависимостей механизма программа отобразит соответствующее сообщение после нажатия кнопки "ОК" до автоматического создания стандартных соединений.

5. Если необходимо визуально выделить компоненты, включенные в различные подвижные группы, установите флажок "Подвижные цветовые группы". Для всех компонентов в одной подвижной группе назначается предварительно определенный цвет. Это упрощает анализ взаимосвязей между компонентами. Чтобы восстановить исходные цвета компонентов, снимите флажок в диалоговом окне параметров или щелкните правой кнопкой мыши по узлу "Подвижные группы" и выберите "Подвижные цветовые группы".
6. Выберите "Все исходные положения в 0,0" , если необходимо задать для всех исходных положений степени свободы значение 0 без изменения фактического положения механизма.

   Это необходимо для просмотра в окне "Устройство графического вывода" графиков переменных с началом в 0.

7. Нажмите "Сбросить все" для восстановления исходных положений, заданных при построении систем координат соединения .

   Данный параметр установлен по умолчанию.

8. Выберите Анализ напряжения AIP для подготовки всех данных АМКЭ к проверке с помощью анализа напряжения AIP.

   С помощью этой функции, данные, соответствующие АМКЭ, сохраняются в файлы выбранных деталей.

9. Можно также выбрать Моделирование ANSYS для подготовки файла, содержащего все данные АМКЭ, для экспорта в ANSYS.

   С помощью этой функции, данные, соответствующие АМКЭ, сохраняются в файл, который можно прочитать в ANSYS.

   • В поле ввода текста введите имя файла, в котором необходимо сохранить информацию о АМКЭ для экспорта в ANSYS.
   • Можно также нажать кнопку "Папка", чтобы указать существующий файл или создать новый.

     Если выбрать существующий файл, программа заменит все текущие данные файла.

     Прим.: При использовании Ansys Workbench версии 10 или 11 необходимо дополнительное изменение файла. Откройте текстовый файл и найдите раздел "Инерционное состояние". В этом разделе следует удалить две строки: строку "Базовый" и связанный код - 0 или 1 - на следующей строке.
10. Нажмите кнопку "Дополнительно" для просмотра дополнительных свойств.
11. Чтобы отобразить информацию об авторском праве для созданных файлов AVI, нажмите кнопку "Отображать авторское право в файлах AVI" и введите информацию об авторских правах в поле ввода текста.
12. Выберите "Ввести угловую скорость в об/мин" для ввода угловой скорости в об/мин.

    Вывод выполняется в единицах, заданных при выборе пустого файла сборки.

13. Чтобы задать длину оси Z системы координат сборки для трехмерных систем отсчета в графическом окне, введите значение в процентах в поле редактирования размера оси Z.

    По умолчанию размер оси Z составляет 20 % диагонали ограничивающей рамки.

14. Нажмите кнопку "OK" или "Применить".

    При использовании любой из этих кнопок параметры сохраняются, однако при нажатии кнопки "OK" еще закрывается диалоговое окно.

Микромодель механизма

Эта функция предназначена для работы с механизмами, массовые свойства которых имеют небольшую величину.

В стандартном режиме происходит сбой расчета, если масса или инерция меньше 1e-10 кг или 1e-16 кг.м2. Динамические уравнения затем решаются с помощью процедуры Гаусса с точностью до 1e-10 (если значение ниже, для опоры задается нулевое значение).

Если включен режим "Микромодель механизма", масса или инерция должны быть выше 1e-20 кг и 1e-32 кг.м2 соответственно. Для точности Гаусса установлено значение 1e-32.

Чтобы определить, когда следует установить этот параметр, проверьте массовые свойства в системе координат соединения.

• При наличии поступательной степени свободы следует проверить массу.
• При наличии вращательной степени свободы вдоль оси X проверяется основной момент инерции Ixx вдоль оси X, а не моменты инерции поперечного сечения Ixz и Ixy, которые не представляют интереса.

Пример 1
Для механизма, где самая маленькая деталь имеет массу m = 6,5e-9 кг и основные моменты инерции Ixx = 1e-20 кг.м2, Iyy = 1e-20 кг.м2, даже если Izz > предельный момент инерции = 1e-10 кг.м2:
	Если деталь имеет только одну вращательную степень свободы вдоль оси Z , необязательно включать режим "Микромодель механизма", поскольку Izz > предельного момента инерции = 1.0e-10 кг.м2. Если деталь имеет только поступательную степень свободы

Внимание: Режим "Микромодель механизма" следует включать, только если выполняется моделирование небольшого механизма. В тоже время, следует изменить точность сборки для оптимизации работы с небольшими деталями. Дополнительные сведения см. в разделе "Точность сборки".

Точность сборки

Параметр применим только для замкнутых контуров и 2D контактов.

2D контакт: определяет максимальное разрешенное расстояние между точками контакта. Значение по умолчанию - 1e-6м = 1мкм.

• Расстояние всегда проверяется на завершающих этапах анализа методом Рунге-Кутта.
• Если расстояние между этими точками не превышает значения точности сборки, положения и значения скорости принимаются, и продолжается расчет с оценкой ошибок интегрирования.
• Если расстояние превышает точность сборки, положения будут корректироваться до тех пор, пока расстояние не будет меньше или равно значению точности сборки. Затем с учетом нового положения корректируются скорости, и продолжается расчет с оценкой ошибок интегрирования.

Замкнутый контур: тоже, что и 2D контакт, но для замкнутого контура могут действовать угловые зависимости (выраженные в радианах) в соответствии с типом соединения.

• Зависимости расстояния и угловые зависимости проверяются на завершающих этапах анализа методом Рунге-Кутта.
• Если расстояние не превышает значения точности сборки, а угловые зависимости не превышают значения точности сборки, умноженного на 1e3 (при значении точности сборки, выраженном в метрах), положения и значения скорости принимаются, и продолжается расчет с оценкой ошибок интегрирования.
• В противном случае положения будут корректироваться до тех пор, пока зависимость расстояния не будет меньше или равна значению точности сборки, а угловая зависимость - значению точности сборки, умноженному на 1e3. Затем корректируются скорости, и продолжается расчет с оценкой ошибок интегрирования.

Изменение точности сборки

Значение параметра "Точность сборки" можно изменить в следующих случаях:

• Не удается выполнить сборку механизма в начале или в процессе моделирования. Сначала проверьте осуществимость сборки механизма с технической точки зрения (насколько реально требуемое положение механизма и возможно ли его воспроизвести. Проверьте вынужденные движения, которые могут привести к неуместному расположению компонентов). Если проблемы не обнаружены и масштаб механизма большой (порядка 1 м), тогда следует увеличить значение точности сборки (1e-5м или 1e-4м). Если масштаб маленький (менее 10 мм), необходимо уменьшить значение точности сборки (1e-7м или 1e-8м).
• В случае если механизм менее 1 мм, уменьшите значение точности сборки (от 1e-8м до 1e-10м) или используйте режим "Микромодель механизма".

Внимание: Не следует указывать значение точности сборки менее 1e-12. Это не будет иметь эффекта и может привести к проблемам при моделировании.

Точность анализа

Динамические уравнения интегрируются с помощью схемы интегрирования Рунге-Кутта пятого порядка. Во избежание отклонения этапов процедуры Рунге-Кутта обработка ошибки интегрирования и временного шага выполняется следующим образом.

• В конце каждого этапа процедуры на основе расчетных скоростей и ускорений оценивается ошибка интегрирования.
• Эта ошибка интегрирования сравнивается со значением определяемого пользователем параметра "Точность анализа".
• Если ошибка интегрирования не превышает точности анализа, этап принимается, и процесс интегрирования продолжается.
• Если ошибка интегрирования превышает точность анализа, этап отклоняется. Затем выполняется расчет нового временного шага меньшей продолжительности, и моделирование запускается с того этапа, для которого определено новое значение временного шага.

Оценка ошибки интегрирования выполняется с использование определенных свойств формул Рунге-Кутта. Это позволяет быстро рассчитать положения "p" и скорости "v" до пятого порядка (векторы, помеченные как "p5" и "v5" соответственно) и до четвертого порядка (векторы, помеченные как "p4" и "v4"). Затем на основе положений и скоростей определяется ошибка интегрирования следующим образом:

Integ_error_position = norm(p5 - p4) Integ_error_velocity = norm(v5 - v4), где norm - это определенная норма.

Этап принимается при наличии следующих отношений (в метрических единицах):

Integ_error_position = norm(p5 - p4) < Atol + | p5 |. Относительное уменьшение нормы от начального приближения (Rtol) Integ_error_velocity = norm(v5 - v4) < Atol + | v5 |. Относительное уменьшение нормы от начального приближения (Rtol)

Где:

	Абсолютная величина нормы (Atol)	Относительное уменьшение нормы от начального приближения (Rtol)
Поступательная степень свободы	Точность анализа Значение по умолчанию = 1e-6 Максимальное значение не определено	Точность анализа Значение по умолчанию = 1e-6 Максимальное значение не определено
Вращательная степень свободы	Точность анализа. 1e3 Значение по умолчанию = 1e-3 Максимальное значение = 1e-2	Точность анализа. 1e3 Значение по умолчанию = 1e-3 Максимальное значение = 1e-2

Чтобы проиллюстрировать этот процесс, рассмотрим следующие примеры:

Пример 1: иллюстрация относительной погрешности для Rtol
Тип соединения: шарнир скольжения с заданным положением и скоростью
	p[1] = 4529,289768 м v[1] = 18,45687455 м/с
Если для точности анализа установлено значение 1e-6 (по умолчанию), гарантируется результат с точностью до шести цифр:
	p[1] = 4529,28 м v[1] = 18,4568 м/с
Если для точности анализа установлено значение 1e-8, гарантируется результат с точностью до восьми цифр:
	p[1] = 4529,2897 м v[1] = 18,456874 м/c
Пример 2: иллюстрация относительной погрешности для Atol
Тип соединения: шарнир качения 1 с заданным положением и скоростью
	p[1] = 0,000024557 м v[1] = 0,005896476 м/с
Если для точности анализа установлено значение 1e-6 (по умолчанию), гарантируются результаты с точностью до шести цифр после десятичной запятой:
	p[1] = 0,000024 м v[1] = 0,005896 м/c
Если для точности анализа установлено значение 1e-8, гарантируются результаты с точностью до восьми цифр после десятичной запятой:
	p[1] = 0,00002455 м v[1] = 0,00589647 м/с
Это же умозаключение справедливо для штифтового соединения, когда значения Atol и Rtol равны значению точности анализа, умноженному на 1e3.
Пример 3: иллюстрация относительной погрешности для Rtol
Тип соединения: Штифтовое соединение 2 с заданным положением и скоростью
	p[2] = 12,53214221 рад v[2] = 21,36589547 рад/с
Если для точности анализа задано значение 1e-6 (по умолчанию), гарантируются результаты с точностью до трех цифр:
	p[2] = 12,5 рад v[2] = 21,3 рад/с
Если для точности анализа задано значение 1e-8, гарантируются результаты с точностью до пяти цифр:
	p[2] = 12,532 рад v[2] = 21,365 рад/с

Значение параметра "Точность анализа" можно изменить в следующих случаях.

• Остановка моделирования с отображением сообщения об ошибке, временной шаг слишком мал для получения хороших результатов При небольших смещениях следует уменьшить значение точности анализа. Если смещения значительные, необходимо увеличить значение точности анализа.
• Неактивные 2D контакты (статус = 1). Если используются небольшие значения сил, следует уменьшить точность анализа. При больших значениях увеличьте точность анализа. Это не допустимо для сил, характеризующих ударную нагрузку.
• При работе с мелкими механизмами (менее 1 мм). В подобных случаях следует уменьшить точность анализа или перейти в режим "Микромодель механизма".

Внимание: Значение точности анализа напрямую связано с величиной временного шага. Не следует задавать слишком маленькое значение для точности анализа (например, менее 1e-12). Это в значительной степени влияет на время моделирования.

Скорость запоминания

Этот параметр используется для моделирования столкновений между объектами. С помощью этого параметра можно ограничить количество небольших отскоков до достижения постоянного контакта. В модели удара используется коэффициент восстановления "e". Значение - от 0 до 1 - указывается пользователем. Для конечных условий значения рассматриваются следующим образом:

• Если e = 0, рассеяние энергии будет максимальным. Например, рассмотрим простой пример падения шара на плоскость с определенной высоты без начального ускорения под воздействием силы тяжести; отскок не наблюдается, статус контакта = 1.
• Если e = 1, рассеяния энергии нет. Возвращаясь к примеру с шаром, происходит отскок в исходное положение, статус контакта = 0,5. Движение является периодическим и продолжается бесконечно.
• Если e>0, но <1, при каждом столкновении происходит рассеяние энергии. Если снова обратиться к примеру с шаром, то наблюдается отскок, однако высота отскока уменьшается после каждого столкновения и постепенно достигает предела; шар на плоскости переходит в состояние покоя, при этом статус контакта = 1. Для этого набора условий скорость запоминания является рабочей.

С помощью параметра "Скорость запоминания" при анализе ограничивается количество небольших отскоков до момента достижения контакта или до момента, когда контакт будет считаться постоянным. Процесс запоминания можно описать следующим образом.

• При расчете столкновения для всех коэффициентов восстановления заданы исходные значения.
• Для всех контактов относительные послеударные (обратные) скорости сравниваются с параметром скорости запоминания.
• Если все относительные скорости выше скорости запоминания или равны нулю, результаты расчета столкновения принимаются, затем продолжается анализ на основе новых скоростей в качестве исходных параметров.
• Если относительная скорость меньше скорости запоминания и не равна нулю, с целью максимального увеличения потери энергии для контакта применяется значение e = 0, а затем снова выполняется расчет столкновения. Если результаты расчета столкновения принимаются, для всех коэффициентов восстановления снова задаются исходные значения.

Внимание: Статус контакта (e = 1) никогда не задается программным способом. Модуль анализа обрабатывает статус контакта таким образом, что все активные контакты являются согласованными. Для определения статуса используется квадратное уравнение.

Когда можно изменять этот параметр?

Этот параметр можно изменять в следующих случаях.

• При наличии 2D контактов, когда моделирование выполняется медленно. Остановите моделирование и создайте график скорости запоминания. Если параметр изменяется в каждом временном шаге (0 - 1 - 2) или равен 1, это свидетельствует об ошибке запоминания. Модуль анализа пытается стабилизировать статус контактов, однако это сложная процедура, требующая времени. В этой ситуации следует увеличить значение скорости запоминания.
• Снижение значения этого параметра не имеет эффекта.

Скорость регуляризации

Для 2D контактов используется закон трения Кулона, определяемый нелинейной формулой. В соединениях и 3D контактах для упрощения и предотвращения появления гиперстатического условия используется регуляризованный закон Колумба, который можно описать следующим образом:

Регуляризация определяется параметром регуляризации скорости.

При использовании такой модели для вязкого контакта (или катящего контакта), когда относительная тангенциальная скорость равна нулю, тангенциальная сила равна нулю.

В случае трения в соединения во вращательной степени свободы, вместо тангенциальной силы используется тангенциальный крутящий момент (единицы измерения: Нм), а вместо тангенциальной относительной скорости используется скорость вращения (единицы измерения: рад/с). Обе эти величины рассчитываются путем умножения тангенциальной силы и деления скорости перемещения на радиус соединения.

Пример 1
Штифтовое соединение с радиусом 10 мм вращается с постоянной скоростью “w” равной 10 рад/с. Приложим к соединению силу (Fn) равную 20 Н перпендикулярно оси вращения. Коэффициент трения (mu) равен 0,1. В этом случае момент трения (Uf) в соединении можно определить следующим образом:
	? = r * w = 0,01 * 10 = 0,1 м/сs ? > скорость регуляризации = 0,001 м/с => Uf = -mu * r * Fn = -0,1 * 0,01 * 20 = -0,02 Нм См. “тег 1” в регуляризованном графике Колумба.
Пример 2
Воспользуемся тем же примером, только скорость (w) теперь равна 0,05 рад/с. Тогда момент трения (Uf) определяется как:
	? = r * w = 0,01 * 0,05 = 0,0005 м/см ? > скорость регуляризации = 0,001 м/с => Uf ? -mu * r * Fn/2 = -0,1 * 0,01 * 20/2 = -0,01 Нм См. “тег 2” в регуляризованном графике Колумба.

Значение параметра "Скорость регуляризации" можно изменить в следующих случаях:

• Моделирование выполняется медленно или имеются небольшие колебания в соединении с трением или в соединении с 3D контактом. Трение в соединении или 3D контакте создает существенную жесткость в модели, поэтому программа уменьшает временной шаг, чтобы сохранить необходимую точность. Необходимо уменьшить жесткость => увеличить параметр скорости регуляризации на коэффициент 5 (5e-3 м/с). Если моделирование по-прежнему выполняется медленно, можно продолжить увеличение параметра, используя значения относительно модели (меньшие по сравнению со скоростями в модели).
• Не увеличивайте резко скорость регуляризации, в противном случае это будет работать только между указанными значениями. Сила трения никогда не достигает максимального значения. Результаты искусственно ограниченны эффектом трения.

Числовая проверка

Перед анализом результатов моделирования важно проверить числовую достоверность модели, т.е. убедиться, что модель нечувствительна к числовым параметрам. Для выполнения этапа числовой проверки выполните следующие действия.

1. Запустите моделирование с набором числовых параметров (точность расчетов и сборки, скорость запоминания, скорость регуляризации и временной шаг), а затем сохраните его.
2. Разделите каждый параметр на 10, запустите моделирование и сохраните его.
3. Постройте результаты на одном графике. Если результаты близкие, то модель нечувствительна к числовым параметрам. В противном случае возникает проблема чувствительности.
4. Если модель нечувствительная, то можно проводить анализ результатов.
5. Если модель чувствительна к числовым параметрам, определите с помощью полученных кривых, какой из числовых параметров вызывает чувствительность. Разделите каждый параметр на 10, возьмите полученное значение в качестве номинального значения для числового параметра. Начните проверку с начала. Для экономии времени можно проверить нечувствительность для одного параметра.