Моделирование силы тяжести
Модели силы тяжести
Сила тяжести влияет на движение во многих естественных и спроектированных системах. Они располагаются по своим масштабам от очень большого, такого как планеты, вращающиеся вокруг солнца, к относительно маленькому, такому как амортизаторы, ослабляющие управляемые силой тяжести колебания в автомобиле. В Simscape™ Multibody™ можно добавить силу тяжести в системы как эти использование трех моделей силы тяжести:
Универсальная сила тяжести, как испытано большинством земных систем. Сила на каждом теле из-за универсальной силы тяжести зависит только от своей массы. Эта сила является тем же самым везде на пробеле для данного тела, хотя это может отличаться вовремя. Вы моделируете универсальную силу тяжести с помощью Блока Configuration Механизма.
Поле тяготения, как испытано планетами в солнечной системе. Сила на каждом теле из-за поля тяготения зависит не только от своей массы, но также и от его обратного квадратного расстояния до полевого источника. Вы моделируете поле тяготения с помощью блока Gravitational Field.
Пара силы закона обратных квадратов, подобная по своей природе полю тяготения, но действующий исключительно между одной парой тел. Вы моделируете пару силы закона обратных квадратов использование блока Inverse Square Law Force. Необходимо задать массы тела и константы силы явным образом.
Гравитационное значение силы
Сила тяжести является силой закона обратных квадратов — то есть, та, которая затухает с квадратным расстоянием от полевого источника до целевого тела. Значение этой силы, F g, следует из закона Ньютона универсальной гравитации, которая, для двух тел массового M и m расстояние R независимо, утверждает
с G, являющимся гравитационной константой. Это - сила, которую вы моделируете, когда вы представляете силу тяжести через блоки Силы Поля тяготения или Закона обратных квадратов. Если расстояние между входными и выходными массами является постоянным, гравитационная сила уменьшает до более простой формы,
с g, являющимся номинальным гравитационным ускорением. Около поверхности Земли, на расстоянии, равном радиусу Земли от источника поля тяготения, номинальное ускорение равняется
Это - гравитационная сила, которую вы моделируете, когда вы представляете силу тяжести через Блок Configuration Механизма. Данные показывают, как значение гравитационной силы (F g) меняется в зависимости от расстояния (R) для данного тела под универсальной силой тяжести, полем тяготения и парой силы закона обратных квадратов.
Обеспечьте положение и направление
В физической системе сила из-за поля тяготения действует в центре тела массы — автоматически вычисленный во время симуляции — вдоль мнимой строки, соединяющей полевой источник с центром массы. Это также точка приложения и направление силы тяжести, которую обеспечивает блок Gravitational Field. Смотрите Органы по Моделированию для получения дополнительной информации о том, как Simscape Multibody задает подсистему тела.
Далекий от полевого источника, полевой центр источника массовой строки остается приблизительно постоянным в маленьких-к-умеренному смещениях, и сила тяжести ведет себя, как будто ее направление было зафиксировано. Это - приближение, используемое в Блоке Configuration Механизма. Сила тяжести все еще действует в центре каждого тела массы, но ее направление теперь фиксируется вдоль вектора силы тяжести, который вы задаете.
Если вы хотите смоделировать эффекты силы тяжести на точке кроме центра тела массы, можно добавить кадр в желаемом местоположении и прикладывать гравитационную силу непосредственно в том кадре. Вы моделируете силу с помощью блока Inverse Square Law Force. Эта сила указывает вдоль мнимой строки между двумя каркасами кузова, что блок Inverse Square Law Force соединяется.
Таблица суммирует точку приложения и направление силы тяжести, обеспеченной различными блоками.
| Блок | Положение | Направление |
|---|---|---|
| Настройка механизма | Центр массы | Заданный вектор силы тяжести |
| Поле тяготения | Центр массы | Полевой центр источника массовой строки |
| Сила закона обратных квадратов | Кадры связи | Строка кадра основного последователя |
Гравитационные крутящие моменты
Гравитационный крутящий момент может возникнуть в большом теле, погруженном в неоднородное поле тяготения. Луна, имеющая форму лимона, с ее близким концом, постоянно стоящим перед Землей, является одним примером. Будучи помещенным в различные расстояния от Земли, близкие и далекие удлиненные концы испытывают отличающиеся гравитационные силы, приводя к сетевому гравитационному крутящему моменту, если строка между двумя концами когда-нибудь падает неровно с центром Земли.
Можно смоделировать такие крутящие моменты в Simscape Multibody путем моделирования различных гравитационных сил, действующих на тело. Вы делаете это использование блока Inverse Square Law Force или Gravitational Field. Если вы используете блок Inverse Square Law Force, необходимо создать дополнительные кадры в каждом теле, ответ которого на гравитационный крутящий момент вы хотите смоделировать. Необходимо затем прикладывать гравитационную силу к каждому кадру явным образом. Данные показывают пример.
Закрутите на луне из-за отличающихся гравитационных сил в удлиненных концах
Если вы используете блок Gravitational Field, необходимо разделить каждое тело в дискретные разделы и соединить их через блоки Сварного шва. Блок Gravitational Field автоматически прикладывает силу в центре массы каждого раздела, аппроксимируя составной эффект различных гравитационных сил на теле — который в этом случае обработан как твердая система мультитела. Данные показывают пример.
Закрутите на луне из-за отличающихся гравитационных сил в удлиненных концах
