Твердое тело файла

Твердотельный элемент со свойствами, полученными из внешнего файла

Библиотека:
Элементы Simscape/Multibody/Body

Описание

Блок «Файл твердого тела» моделирует твердотельный элемент с геометрией, инерцией, цветом и опорной рамкой, полученной из внешнего файла. Файл должен иметь модель детали, которая содержит, по крайней мере, твердотельные данные геометрии. Некоторые форматы могут предоставлять данные о цвете и инерции, хотя при необходимости такие свойства могут быть заданы вручную.

К числу поддерживаемых форматов относятся форматы CATIA (V4, V5 и V6), Creo, Inventor, Unigraphics NX, Solid Edge, SolidWorks и Parasolid (все CAD-приложения, распространенные в промышленности и научных кругах). К ним относятся CATPART, PRT, IPT, SLDPRT и X_T (и его бинарная версия, X_B). Другие допустимые форматы, не связанные с конкретным приложением, но распространенные в 3-D моделировании, включают SAT (часто называемые ACIS), JT, STL и STEP.

(Файлы чертежей и сборок САПР, не содержащие необходимых данных для твердотельного элемента, не могут быть импортированы в блок.)

Расчеты инерции

Для файлов модели детали с данными плотности блок дает возможность (автоматически) задать массу, центр масс и тензор инерции твердого тела из расчета. Это поведение включено по умолчанию (через параметры «Тип» и «На основе» в узле «Инерция», которые в своих исходных состояниях будут считываться Calculate from Geometry и Density from File).

Если импортированный файл не содержит данных плотности, необходимо указать его (или, что эквивалентно, массу) для выполняемых расчетов. Задайте для параметра «На основе» значение Custom Density или Custom Mass для ввода недостающих данных.

Кроме того, при наличии полных массовых свойств импортированной детали, часто предоставляемых для CAD-моделей самим CAD-приложением, их можно ввести непосредственно как параметры блока. Задайте для параметра Тип инерции значениеCustom для того, чтобы сделать это.

Обратите внимание, что рамки, в которых определяются моменты и продукты инерции, будут различаться в CAD-приложениях. В этом блоке предполагается, что начало координат этого каркаса находится в центре масс (а его оси параллельны осям опорного кадра). Этот кадр называется здесь кадром инерционного разрешения. (Центр масс, с другой стороны, определяется в системе координат.) Дополнительные сведения см. в разделе Задание пользовательских инерций.

Производные значения

Если массовые свойства вычисляются на основе геометрии, их значения можно просмотреть в диалоговом окне блока. Для этого разверните узел «Производные значения» в разделе «Инерция» и нажмите кнопку «Обновить». (Этот элемент, как он задан для вычисляемых свойств, требует, чтобы значение параметра «Тип инерции» было Calculated from Geometry.) Если изменяется параметр геометрии или инерционного блока, снова нажмите кнопку «Обновить» для отображения новых массовых свойств. Все значения находятся в единицах длины СИ (m) и масса (kg).

Визуализация твердого тела

Диалоговое окно блока содержит свертываемую панель визуализации. Эта панель обеспечивает мгновенную визуальную обратную связь с моделируемым телом. Используйте его для поиска и устранения любых проблем с формой и цветом твердого тела. Можно исследовать твердое тело с разных точек зрения, выбрав стандартный вид или повернув, панорамировав и увеличив размер твердого тела.

Нажмите кнопку Обновить визуализацию (Update Visualization), чтобы просмотреть последние изменения твердотельной геометрии на панели визуализации. Выберите Применить (Apply) или ОК, чтобы зафиксировать изменения в теле. Закрытие диалогового окна блока без предварительного нажатия кнопки «Применить» или «ОК» приводит к отмене этих изменений.

Твердотельная панель визуализации

Щелкните правой кнопкой мыши панель визуализации, чтобы получить доступ к контекстно-зависимому меню визуализации. В этом меню содержатся дополнительные параметры, позволяющие изменить цвет фона, разделить панель визуализации на несколько фрагментов и изменить соглашение о представлении с помощью параметра по умолчанию + Z up (XY Top).

Кадры соединений

Как и большинство компонентов, твердое тело соединяется через рамки, из которых оно имеет, по крайней мере, одну. Рамка по умолчанию, которая служит ее ссылкой и связана с портом R, получает начало координат и оси из данных импортированного файла. (Исходная точка обычно представляет собой нулевую координату CAD-модели или, если используется такая технология, 3-D сканирование, содержащееся в файле.)

Для тех случаев, когда опорная рамка плохо размещена для соединения или в которых требуется несколько соединительных рамок, блок поставляется с инструментом создания рамки. Рассматривайте этот инструмент как интерактивную альтернативу блоку «Жесткое преобразование» (последнее - числовое средство для добавления и перемещения, а также поворота кадров, хотя оно и удерживает кадры отдельно от твердого тела).

Можно создавать (и редактировать) фреймы, используя геометрические элементы в качестве зависимостей - размещение начала координат фрейма и ориентация осей фрейма вдоль выбранных вершин, кромок и граней. Для определения новых рамок можно также использовать начало отсчета и его оси, а также центр масс и основные оси инерции. Каждый кадр добавляет в блок новый порт кадра (его метка получена из имени, указанного на панели создания кадра).

Чтобы создать или отредактировать рамку, сначала разверните узел «Рамки» в диалоговом окне блока. Нажмите кнопку, чтобы создать рамку, или кнопку, чтобы отредактировать рамку (если рамка, отличная от опорной, уже существует). Определения каркаса зависят от сочетания данных геометрии и инерции, поэтому необходимо предварительно импортировать файл геометрии детали. При изменении параметра блока необходимо обновить панель визуализации (нажав кнопку), чтобы создать или отредактировать рамку.

Определение рамки

Пользовательская рамка полностью определена, если ее начало и оси тоже. Из них топоры требуют наибольшего ухода. Необходимо указать две оси: одну основную и одну вспомогательную. Основная ось определяет плоскость (нормаль к ней), на которой должны лежать другие оси. Вторичная ось является всего лишь проекцией выбранного направления - оси или геометрического элемента - на эту плоскость.

Оставшаяся (и неуказанная) ось задается требованием, чтобы все три были перпендикулярны и упорядочены согласно правому правилу. Естественно, что вторичная ось должна иметь векторную составляющую, перпендикулярную первичной оси. Если они параллельны, кадр недействителен. Если фрейм затем сохраняется, его ориентация устанавливается равной ориентации опорного фрейма.

Чтобы использовать геометрический элемент для определения начала координат или оси рамы, выполните следующие действия.

На панели создания фрейма установите переключатель На основе геометрического элемента (Based on Geometric Feature).
На панели визуализации твердого тела щелкните вершину, ребро или грань. При необходимости увеличьте масштаб изображения для более точного выбора элемента.
Снова на панели создания фрейма нажмите кнопку «Использовать выбранную функцию».

Переменные MATLAB

В модели обычно параметризуют блоки в терминах переменных MATLAB. Вместо скаляра, вектора или строки, например, параметр блока будет иметь в поле имя переменной. Переменная определяется в другом месте, часто в маске подсистемы или в рабочем пространстве модели, иногда посредством ссылки на внешний файл M.

Этот подход подходит для сложных моделей, в которых несколько блоков должны иметь одно и то же значение параметра - общую плотность, скажем, или цвет, если они определены как вектор RGB. Когда определение переменной MATLAB изменяется, так же как и все зависящие от него параметры блока. Попробуйте использовать переменные MATLAB здесь, если параметр, вероятно, будет совместно использоваться несколькими блоками в большой модели.

(Для простого примера с твердотельными блоками, параметризованными в терминах переменных рабочей области, откройте sm_compound_body модель)

Экспорт свойств геометрии

Блок «Твердое тело файла» может создавать выпуклое представление геометрии корпуса импортированного CAD-файла в среде Simscape Multibody. Эти геометрические данные можно использовать для моделирования пространственных контактных сил.

Как показано на рисунке, геометрия выпуклого корпуса является аппроксимацией истинной геометрии. Обратите внимание, что блок вычисляет физические свойства, такие как масса и инерция, на основе его истинной геометрии.

Простая деталь

Порты

Структура

развернуть все

`R` - Опорная рамка
структура

Рамка для соединения твердого тела в модели. Узел кадра, к которому подключается этот порт - обычно другой порт кадра или соединение кадра - определяет положение и ориентацию тела относительно других компонентов. Добавьте блок жесткого преобразования между портом и узлом, если рамки, которые они представляют, должны быть смещены друг от друга.

Параметры

развернуть все

Геометрия

`File Name` - имя импортируемого файла модели детали;
пользовательский вектор символов

Имя и расширение импортируемого файла модели детали. Если файл отсутствует в пути MATLAB, необходимо указать расположение файла. Местоположение файла может быть определено как абсолютный путь, начиная с корневого каталога файловой системы, например ,'C:/Users/JDoe/Documents/myShape.STEP'. Он также может быть указан как относительный путь, начиная с папки на пути MATLAB, например ,'Documents/myShape.STEP'.

`Unit Type` - Источник для единиц измерения твердотельной геометрии
`From File` (по умолчанию) | `Custom`

Источник единиц измерения твердотельной геометрии. Выбрать From File для использования единиц измерения, указанных в импортированном файле. Выбрать Custom для указания собственных единиц измерения.

`Unit` - единицы измерения длины, в которых координаты геометрии указаны в импортированном файле;
`m` (по умолчанию) | `cm` | `mm` | `km` | `in` | `ft`

Единицы измерения длины, в которых следует интерпретировать геометрию, определенную в файле геометрии. При изменении единиц измерения изменяется масштаб импортированной геометрии.

`Convex Hull` - Создание выпуклого представления истинной геометрии корпуса
`off` (по умолчанию) | `on`

Выберите «Выпуклый корпус», чтобы создать выпуклое представление истинной геометрии корпуса. Этот выпуклый корпус можно использовать для контактов путем соединения блока пространственной контактной силы.

Зависимости

Чтобы включить эту опцию, выберите «Выпуклый корпус» в разделе «Экспорт».

Инерция

`Type` - Инерционная параметризация для использования
`Calculate from Geometry` (по умолчанию) | `Point Mass` | `Custom`

Параметризация инерции для использования. Выбрать Point Mass для моделирования концентрированной массы с незначительной инерцией вращения. Выбрать Custom для моделирования распределенной массы с заданными моментами и произведениями инерции. Настройка по умолчанию, Calculate from Geometryпозволяет блоку автоматически вычислять свойства инерции вращения на основе твердотельной геометрии и плотности или массы.

`Based on` - Параметр для расчета инерции базы на
`Density from File` (по умолчанию) | `Custom Density` | `Custom Mass`

Параметр, используемый при расчете инерции. Блок вычисляет тензор инерции на основе геометрии твердого тела и выбранного параметра.

Использовать настройку по умолчанию Density from File для расчета на основе плотности, полученной из импортированного файла. (Обратите внимание, что только некоторые форматы могут переносить данные плотности. Из тех, кто это делает, только некоторые будут нести это. Часто эти данные задаются в CAD-приложении перед сохранением или экспортом файла модели детали.)

Использовать Custom Density для указания плотности, отличной от плотности, полученной из импортированного файла. Использовать Custom Mass для задания общей массы твердого тела.

`Density` - Масса на единицу объема материала
`1000 kg/m^3` (по умолчанию)

Масса на единицу объема материала. Плотность массы может принимать положительное или отрицательное значение. Укажите отрицательную массовую плотность для моделирования эффектов пустоты или полости в твердом теле.

`Mass` - Общая масса твердого элемента
`1 kg` (по умолчанию) | скаляр с единицами измерения массы

Общая масса для атрибута твердотельного элемента. Этот параметр может быть положительным или отрицательным. Используйте отрицательное значение, чтобы зафиксировать эффект пустоты или полости в составном теле (состоящем из нескольких твердых тел и инерций), с осторожностью следя за тем, чтобы масса тела была положительной в целом.

`Custom: Center of Mass` - Координаты центра масс
`[0 0 0] m` (по умолчанию) | трехэлементный вектор с единицами измерения длины

Координаты [x y z] центра масс относительно системы координат блока. Центр масс совпадает с центром тяжести только в однородных гравитационных полях.

`Custom: Moments of Inertia` - Диагональные элементы тензора инерции
`[1 1 1] kgm^2` (по умолчанию) | трехэлементный вектор с единицами измерения массы длина

^ 2

Трехэлементный вектор с моментами инерции [_Ixx _Iyy _Izz], заданными относительно рамки с началом координат в центре масс и осями, параллельными системе координат блока. Моменты инерции - диагональные элементы тензора инерции

$(\begin{matrix} _{} \\ _{} \\ _{IxxIyyIzz} \end{matrix}),$

где:

$_{} \underset{Ixx=∫V}{} (^{} y2^{+} z2)$ дм
$_{} \underset{Iyy=∫V}{} (^{} x2^{+} z2)$ дм
$_{} \underset{Izz=∫V}{} (^{} x2^{+} y2)$ дм

`Custom: Products of Inertia` - Внедиагональные элементы тензора инерции
`[0 0 0] kgm^2` (по умолчанию) | трехэлементный вектор с единицами измерения массы длина

^ 2

Трехэлементный вектор с произведениями _{инерции [Iyz} _Izx _Ixy], заданными относительно рамы с началом координат в центре масс и осями, параллельными системе координат блока. Произведения инерции - внеканальные элементы тензора инерции

$(\begin{matrix} _{} & _{} \\ _{} & _{} \\ _{} & _{IxyIzxIxyIyzIzxIyz} \end{matrix}),$

где:

$_{} \underset{}{} Iyz=−∫Vyz дм$
$_{} \underset{}{} Izx=−∫Vzx дм$
$_{} \underset{}{} Ixy=−∫Vxy дм$

`Derived Values` - Отображение расчетных значений массовых свойств
кнопка

Отображение расчетных значений свойств массы тела - массы, центра масс, моментов инерции и произведений инерции. Нажмите кнопку «Обновить» для вычисления и отображения массовых свойств твердого тела. Нажмите эту кнопку после любых изменений параметров блока, чтобы убедиться, что отображаемые значения остаются текущими.

Центр масс разрешается в локальной системе координат твердого тела. Моменты и произведения инерции каждый разрешаются в инерционной рамке разрешения - рамке, оси которой параллельны осям опорной рамки, но начало которой совпадает с центром масс твердого тела.

Зависимости

Опция вычисления и отображения массовых свойств активна, если для параметра блока «Инерция» > «Тип» установлено значение Calculate from Geometry.

Графический

`Type` - Графика для использования при визуализации твердого тела
`From Geometry` (по умолчанию) | `Marker` | `None`

Выбор графики для использования при визуализации твердого тела. По умолчанию в качестве графики используется геометрия, заданная для твердого тела. Выбрать Marker для отображения простого графического маркера, такого как сфера или куб. Изменить этот параметр на None полностью исключить это твердое тело из визуализации модели.

`Marker: Shape` - форма маркера, назначаемого твердому телу;
`Sphere` (по умолчанию) | `Cube` | `Frame`

Форма маркера, с помощью которого можно визуализировать тело. Движение маркера отражает движение самого тела.

`Marker: Size` - Ширина маркера в пикселях
`10` (по умолчанию) | скаляр с единицами пикселей

Ширина маркера в пикселях. Эта ширина не масштабируется с помощью масштаба. Заметим, что видимый размер маркера частично зависит от разрешения экрана, с более высокими разрешениями, упаковывающими больше пикселей на единицу длины и, следовательно, создающими меньшие значки.

`Visual Properties` - Параметризация цвета и непрозрачности
`Simple` (по умолчанию) | `Advanced` | `From File`

Параметризация для задания визуальных свойств. Выбрать Simple для указания цвета и непрозрачности. Выбрать Advanced добавление зеркальных подсветок, теней окружающей среды и эффектов самосветления. Выбрать From File если импортированный файл имеет цветовые данные и его необходимо использовать в модели.

(Цветовые данные разрешены только в некоторых форматах файлов. В тех, что делают, эти данные часто необязательны. Если в файле не указан цвет, тело примет серый оттенок (цвет твердого тела по умолчанию). Выберите другую параметризацию для настройки цвета в таких случаях.)

`Color` - Истинный цвет как вектор [R, G, B] в масштабе 0-1
`[0.5 0.5 0.5]` (по умолчанию) | трехэлементный вектор со значениями, ограниченными 0-1

Цветовой вектор RGB с красным (R), зеленым (G) и синим (B) цветами, определенными в 0-1 масштабе. Палитра цветов обеспечивает альтернативные интерактивные средства задания цвета. При изменении параметра «Визуальные свойства» на Advancedцвет, указанный в этом параметре, становится вектором диффузного цвета.