В данном разделе рассматриваются некоторые концепции и процедуры. Информация окажется полезной проектировщикам, которые заинтересованы в использовании динамического моделирования как одного из рабочих инструментов.
Когда следует использовать динамическое моделирование?
Динамическое моделирование полезно использовать на всех этапах процесса проектирования. Этот инструмент может помочь усовершенствовать модель:
- При создании цифровых прототипов внесите в проект небольшие изменения и оцените результаты, прежде приступить к работе с реальными деталями.
- При анализе ошибок выполните цикл операций по моделированию для существующих продуктов. Примените силы, действию которых будет подвергаться компонент, и узнайте, когда и почему могут возникнуть ошибки.
Путем моделирования и анализа можно определить оптимальную форму для используемых механизмов.
Какие знания требуются для использования модуля динамического моделирования?
Необходимо знать следующее:
- Компоненты в сборке размещаются относительно друг друга с помощью сборочных зависимостей. При выполнении моделирования сборки допускается наложение избыточных зависимостей в модели. Типичным примером является угловая зависимость, накладываемая в качестве своего рода "двигателя", которая приводит компонент в движение при воздействии на него. Перед началом работы в среде динамического моделирования необходимо подавить эти зависимости. Проверьте сборочные зависимости и оцените, какие из них являются "движущими", а затем выполните для них операцию подавления. Не подавляйте зависимости, обеспечивающие взаимосвязи между компонентами, подобные соединениям, поскольку они преобразуются в соединения.
- При входе в среду динамического моделирования команда автоматического преобразования зависимостей в стандартные соединения (по умолчанию включено) выполняет преобразование совмещения и наложение зависимостей на стандартные соединения. Эта функция позволяет ускорить процесс моделирования.
Чтобы оценить преимущества создания соединений на основе зависимостей, войдите в среду динамического моделирования и просмотрите список автоматически созданных соединений. Затем в диалоговом окне "Параметры динамического моделирования" отключите параметр автоматического преобразования зависимостей (автоматически созданные соединения будут удалены) и создайте соединения вручную. Можно удалить созданные вручную соединения и снова включить параметр автоматического преобразования.
Прим.: Когда установлен флажок "Автоматически преобразовывать зависимости в стандарт. соединения", единственным доступным для использования стандартным соединением является пространственное соединение. Можно добавить нестандартные соединения. - При использовании 2D контактных соединений рекомендуется в 4 - 10 раз увеличить продолжительность временных шагов по сравнению со значением по умолчанию 100 с. В зависимости от количества шагов и положения компонентов 2D контакт может происходить в интервале между временными шагами. Чтобы контакт происходил в рамках временного шага, следует увеличить количество временных шагов.
- Основные принципы динамического моделирования описаны в учебных пособиях, которые входят в комплект поставки программы Autodesk Inventor. Выберите "Справка"
"Ресурсы для обучения" "Учебные пособия" Autodesk Inventor Simulation для отображения списка имеющихся учебных пособий по моделированию.
В чем заключается отличие между соединениями и зависимостями?
Зависимости используются для расположения компонентов в сборке относительно друг друга. В Autodesk Inventor можно создать следующие основные типы зависимостей (некоторые с вариациями).
- Зависимость совмещения
- Зависимость заподлицо
- Угловая зависимость
- Зависимость касательности
- Зависимость вставки
- Зависимость вращения
- Зависимость преобразования вращательного движения в поступательное
- Зависимость обкатки
В среде сборки для проверки движения можно перетаскивать детали или создавать вариации зависимостей. Рассматривается только геометрия. Информация о скорости, ускорении и нагрузках недоступна.
В среде динамического моделирования для получения результатов используются соединения. В соединениях можно определить динамические параметры, например силу трения, демпфирование и жесткость. Существуют стандартные соединения (вращательные, призматические, сферические и т.д.) и дополнительные соединения (контактные, шарниры качения, шарниры скольжения и т.д.).
Построение стандартных соединений выполняется одним из трех способов:
- Автоматическое преобразование зависимостей (по умолчанию).
- Преобразование зависимостей в соединения вручную.
- Выбор объектов и ввод значений вручную.
Построение дополнительных соединений выполняется вручную. Для этого необходимо выбрать объекты и ввести необходимые значения.
Для чего сборочные зависимости отображаются в браузере моделирования?
В браузере среды моделирования показан список сборочных зависимостей и дочерних узлов, что позволяет увидеть зависимости, влияющие на создание конкретного соединения. Доступно большинство команд контекстного меню зависимости.
Что происходит при редактировании зависимости? При редактировании влияющей зависимости потенциально может измениться соединение и степени свободы.
Например, вращательное соединение имеет две зависимости: осевое совмещение и совмещение граней (расположение заподлицо) для позиционирования. Обратите внимание на то, что происходит при подавлении одной из зависимостей:
| Редактируемое соединение | Действие | Результирующее соединение |
|---|---|---|
|
Подавлено совмещение граней (расположение заподлицо). |
|
|
|
Подавлено осевое совмещение. |
|
В браузере подавленная зависимость отображается с узлом компонента и удаляется из узла соединения.
Что произойдет, если отключить автоматическое преобразование зависимостей?
При отключении параметра автоматического преобразования зависимостей в стандартные соединения происходит удаление всех соединений, и пользователь получает возможность создавать соответствующие соединения вручную. Чтобы создать соединения вручную, используйте команду "Вставить соединение" или "Преобразовать зависимости сборки".
При повторном включении параметра после нажатия кнопки "OK" будут рассчитаны и созданы стандартные соединения.
Есть ли список соединений, получаемых в результате преобразования зависимостей?
В справке приводится список соединений, создаваемых в результате преобразования зависимостей. Таблицу преобразования см. в разделеСоединения.
Можно ли использовать узлы?
В работе можно использовать узлы. По умолчанию узлы считаются жестко фиксированными телами. Чтобы создать соединения между компонентами узла, необходимо установить для сборки параметр "С несвязанными компонентами".
Щелкните правой кнопкой по сборке и нажмите "С несвязанными компонентами".
Что приводит компоненты в движение?
Движение компонента определяется степенью свободы соединения, а также задается вынужденным движением. Для того чтобы задать вынужденное движение:
- Щелкните правой кнопкой по соединению и выберите "Свойства тела". Откроется диалоговое окно "Свойства тела".
- Выберите вкладку соответствующей степени свободы.
- Щелкните значок "Изменить вынужденное движение"
.
- Установите флажок "Включить вынужденное движение" и определите для него закон.
Почему все компоненты находятся в папке "Базовый"?
В программе Autodesk Inventor 2008 при входе в среду динамического моделирования все компоненты были базовыми, как в случае, если соединения не определены.
Это можно представить следующим образом: В среде сборки первый компонент закреплен по умолчанию. Все последующие компоненты являются несвязанными, пока на них не будут наложены зависимости.
В среде динамического моделирования все компоненты являются базовыми, пока для них не будут определены соединения. Соединения определяют степени свободы. Если все компоненты являются незакрепленными, то для расчета моделирования потребуется слишком много времени, а результаты могут быть случайными.
Базовый компонент сборки фиксируется при входе в среду динамического моделирования. При создании сборки с настройками Autodesk Inventor по умолчанию базовый компонент размещается в сборке первым.
В среде динамического моделирования, когда функция автоматического преобразования зависимостей отключена, все компоненты помещаются в папку "Базовый". При добавлении соединений определяются степени свободы, и компонент перемещается в группу "Подвижные группы".
Если параметр автоматического преобразования зависимостей включен (по умолчанию), компоненты распределяются по своим подвижным группам. Компоненты могут оставаться в папке "Фиксированный" с учетом соединений, назначенных инструментом автоматического преобразования зависимости.
Почему игнорируется трение в соединении при моделировании с использованием неизвестной силы?
Моделирование с использованием неизвестной силы - это статический расчет последовательности положений. При этом значения скорости для соединений не задаются. Модель трения в соединении определяется регуляризованным законом в зависимости от скорости в степени свободы (сила трения равна 0,0 при нулевой скорости). В моделировании с использованием неизвестной силы трение отсутствует. По этой причине демпфировании в соединении игнорируется (в зависимости от скорости). Внешняя нагрузка определяется по формуле с учетом времени. В окне "Устройство графического вывода" для времени всегда указывается одинаковое значения, равное 0,0.
Можно ли использовать динамическое моделирование в сборках и компонентах, созданных с помощью команды "Создать компоненты"?
Можно анализировать сборки и компоненты, созданные с помощью команды "Создать компоненты". Учитывайте следующие замечания при выполнении динамического моделирования таких моделей:
- Автоматическое создание сборочных зависимостей (зависимостей подосновы и транслированных зависимостей) с помощью команды "Создать компоненты" может привести к появлению избыточных соединений, когда сборка открывается в среде динамического моделирования. Можно провести точное исследования движений, когда существует избыточность соединений, но уникальное решение для грузов на соединениях рассчитать не удастся. Для получения уникального решения выполните моделирование с избыточными соединениями.
- В нисходящем рабочем процессе контроль изменений сборки и компонентов выполняется с помощью подосновы. Для возобновления избыточных соединений для сборок, построенных командой "Создать компоненты" в контекстном меню "Зависимости подосновы" выберите "Положение элементов управления сборки (3D)". Это позволяет добавить для сборки степени свободы. Также для преобразуемых зависимостей можно выбрать "3D кинематика", чтобы добавить степени свободы. Если сборка содержит узлы с несвязанными компонентами, может потребоваться изменить такие узлы и добавить для них степени свободы.
- В сборках, построенных с помощью командой "Создать компоненты", обычно имеются некоторые зависимости подосновы между компонентами и деталью подосновы. Возможно для добавления степеней свободы потребуется отключить в контекстном меню компонента параметр "Зависимость для плоскости подосновы".
- Можно отключить автоматическое преобразование зависимостей в стандартные соединения и создать соответствующие соединения вручную. Помните, что деталь подосновы выполняет функции якоря для компонентов сборки, построенных с помощью команды "Создать компоненты". В результате возможно потребуется создать соединения между компонентами и деталью подосновы и позиционировать их нужным образом для выполнения динамического моделирования.
Можно ли выполнять динамическое моделирование деталей, состоящих только из эскизной геометрии?
На основе эскиза можно создать любую деталь механизма. В этом случае при динамическом моделировании для подвижных групп задается масса, равная 1 кг, а для диагонали матрицы инерции определяется условие 0,01 кг.м2. Таким образом, при выполнении моделирования можно получить кинематические величины. В основе динамических результатов будут лежать полученные автоматически значения массы и инерции.
В чем заключаются отличия между шарнирами качения 1К и 2К?
С помощью шарнира качения 1К накладывается только одна зависимость между двумя телами - качение без скольжения. С помощью шарнира качения 2К накладывается такая же зависимость качения И зависимость касательности. Шарнир качения 1К используется в случаях, когда два тела уже являются касательными в силу их геометрии. Во время моделирования благодаря конструкции механизма касательность сохраняется. Шарнир качения 2К используется для принудительного обеспечения касательности, поскольку в соответствии с конструкцией механизма два тела могут существовать независимо друг от друга.
Почему для расчета обычной системы "масса-пружина" требуется значительное время?
Для решения уравнения динамики механизм динамического моделирования использует алгоритм с автоматическим изменением временного шага. Временных шагов может быть немного, что определяют масса (M) и жесткость (K) в механизме. Чтобы обеспечить получение точных результатов решения, временной шаг должен быть равен 
. Если значение жесткости (K) высокое и/или значение массы (M) низкое, временной шаг будет небольшим. В результате увеличивается время расчета. Проверьте значения массы и жесткости. Часто указываются неправильные единицы. Например, естественно, что для моделирования требуется длительное время, если используются 3D контактные соединения со значительными значениями жесткости.
Какие меры предосторожности следует предпринимать при использовании механизма с избыточными зависимостями?
Движение механизма с избыточными зависимостями возможно, однако для его соединений требуется выполнить расчет слишком большого количества нагрузок (сил и моментов) в соответствии с допущениями, используемыми для динамического моделирования. Такая ситуация возникает из-за отсутствия зазоров в соединениях и между жесткими телами. Результаты для положений, скорости и ускорения будут правильными, но решения по нагрузкам соединения не будут уникальными. Например, избыточные зависимости определены для четырехзвенной системы, в которой используются только соединения вращения. Движение осуществляется за счет того, что оси вращения являются идеально параллельными модели. Однако невозможно найти уникальное решение для всех нагрузок соединения. Если два соединения вращения преобразовать в цилиндрическое и сферическое соединения, то механизм не будет иметь избыточных зависимостей. Теперь решение для нагрузок соединения является уникальным.
Почему доступно меньше соединений, чем в Inventor 11?
В Autodesk Inventor 2008 реализован механизм сокращения зависимостей, используемый и в последующих версиях. С помощью этого механизма стандартные соединения создаются автоматически на основе сборочных зависимостей. Это позволяет сократить количество выполняемых операций. Созданные соединения в браузере помещаются в папку "Стандартные соединения".
Если не требуется, чтобы стандартные соединения создавались автоматически, в диалоговом окне "Параметры динамического моделирования" снимите флажок "Автоматически преобразовывать зависимости в стандарт. соединения". Все соединения будут удалены. Затем можно вручную добавить необходимые соединения.
Можно ли войти в среду динамического моделирования с помощью интерфейса прикладного программирования?
В настоящее время интерфейс прикладного программирования нельзя использовать для управления модулем динамического моделирования. Запрос о реализации такой возможности будет рассматриваться при разработке следующей версии.
Можно ли выполнять статический анализ сборок?
В среде динамического моделирования можно рассчитать силы и моменты в соединениях даже при отсутствии движения. В этом случае динамические эффекты отсутствуют и при динамическом моделировании оцениваются статические параметры.
Например, постройте маятник, заблокируйте степень свободы в соединении вращения и примените внешнюю силу в свободной конечной точке. Для уравновешивания внешней силы при динамическом моделировании к соединению будут применены сила и момент.
Можно также создать соединение "точка - плоскость" на втором конце маятника, чтобы его заблокировать, а затем применить внешнюю силу. К обоим соединениям в среде динамического моделирования применены сила и момент.
Полезные сведения
- В среде динамического моделирования группы (детали или узлы) являются жесткими. Изгибы и скручивания элементов игнорируются.
- При таком допущении для механизма могут быть определены избыточные зависимости. Независимо от этого при динамическом моделировании расчет будет выполнен, однако решение для сил и моментов в соединениях не будет единственно возможным, а лишь одним из нескольких возможных вариантов.
Какие действия приводят к обновлению нагрузок, экспортированных в АМКЭ?
Нагрузки, выбранные для экспорта в АМКЭ, обновляются при выполнении следующих операций:
- Установка или отмена временного шага в соответствующем столбце.
- Нажатие кнопки "ОК" в диалоговом окне "Создать последовательность".
- Выбор детали для экспорта.
- Удаление детали из раздела экспорта.
- Подавление детали в разделе экспорта.
- Нажатие кнопки "ОК" в диалоговом окне "Параметры" после изменения типа экспорта (Анализ напряжения AIP или ANSYS Workbench).
- Включение или отключение определенных событий.
- Проверка в диалоговом окне "Выбор несущих поверхностей".
В чем заключается отличие между временными шагами и изображениями при запуске моделирования?
Временные шаги и изображения в контексте динамического моделирования - это совершенно разные понятия.
Временные шаги - это ряд действий, выполняемых программным обеспечением для управления моделированием. Программное обеспечение оптимизирует количество для сложных задач моделирования, чтобы обеспечить доступность соответствующих данных для устройства графического вывода. Количество временных шагов равно количеству указанных изображений или больше этого значения. В окне устройства графического вывода можно посмотреть временной шаг для заданного или произвольного приращения. Для этого в окне графика щелкните левой кнопкой мыши.
Параметр "Изображения" соответствует количеству изображений, отображаемых при воспроизведении моделирования. Можно указать любое количество. По умолчанию установлено значение 100/секунда.
При выполнении моделирования продолжительностью в одну секунду с параметрами по умолчанию (Время окончания: 1 с, Изображения: 100) для воспроизведения создаются 100 изображений. Каждую 0,01 секунды отображается одно изображение. В этом случае моделируются 100 временных шагов в секунду. Если бы конструкция была более сложная, то в программе бы использовалось большее число временных шагов.
Как выполняется форматирование текстового файла для сплайна?
если требуется использовать текстовый файл, содержащий точки касания, структура файла должна быть следующей:
|
// комментарии |
В файл можно добавить одну или несколько строк в качестве пояснений. Каждая строка должна открываться двойной косой чертой “//”. Комментарии не являются обязательными. Они используются для пояснения цели создания сплайна. |
| [Касательные] T1 T2 | Укажите значения для угла наклона касательной в начальной (T1) и конечной (T2) точках сектора. Эти значения отображаются в интерфейсе пользователя как уклон "в начале" и "в конце". Если значение не указано, для угла наклона касательной используется значение 0,0 (горизонтальная касательная). Эта строка также не является обязательной для заполнения, однако, если значение угла наклона касательной не указывается, следует принять некоторые допущения. |
| X 1 Y 1 | список координат точки, можно указывать любое количество точек. Укажите одну точку для каждого ряда. |
| Пример |
// // Исходные точки сплайна, указываемые для моделирования // Значение: Вращательный момент в соединении (Н мм) // Опорное значение: время, с [Касательные] -3,40775 -5,27803 +0,000 +0,000 +4,313 +1,510 +7,954 -9,756 +1,000 +0,000 |
Почему для некоторых цилиндрических зубчатых зацеплений, построенных с помощью Мастера проектирования, в версиях программы до Inventor 2009, не выполняется автоматическое создание соединений?
Старые версии цилиндрических зубчатых зацеплений не отражают последние усовершенствования, поэтому для их реализации зубчатые передачи необходимо обновить. Ниже приводится список действий, которые следует выполнять при работе с ранними версиями цилиндрических зубчатых зацеплений.
- Убедитесь, что параметр "Автоматически преобразовывать зависимости в стандарт. соединения" включен.
- Убедитесь, что для сборки цилиндрического зубчатого зацепления установлен параметр "С несвязанными компонентами".
- Если цилиндрическое зубчатое зацепление было создано в версии AIP 2008 или более ранней, то потребуется выполнить одно из следующих действий:
- Щелкните правой кнопкой мыши зубчатую передачу и выберите команду "Редактировать с помощью мастера проектирования". В Мастере проектирования нажмите "Рассчитать" и затем нажмите "OK". Зубчатая передача будет обновлена.
- Щелкните правой кнопкой мыши зубчатую передачу и выберите "Компонент" "Расчет вручную" (в нижней части контекстного меню).