Reduced Order Flexible Solid

Гибкое тело на основе модели уменьшаемого порядка

Библиотека:
Simscape / Мультитело / Элементы Тела / Гибкие Тела

Описание

Блок Reduced Order Flexible Solid моделирует деформируемое тело произвольной геометрии на основе модели уменьшаемого порядка.

reduced-order model является в вычислительном отношении эффективной моделью, которая характеризует механические свойства гибкого тела при маленьких деформациях. Основные данные, импортированные из модели уменьшаемого порядка, включают:

Список координаты утраивается, которые задают положение всех интерфейсных систем координат относительно системы координат общей ссылки. Смотрите Интерфейсные Системы координат.
Симметричная матрица жесткости, которая описывает свойства упругости гибкого тела. Смотрите Матрицу Жесткости.
Симметричная большая матрица, которая описывает инерционные свойства гибкого тела. Смотрите Большую матрицу.

Если у вас уже есть подробная Модель CAD компонента в модели Simscape™ Multibody™, можно использовать инструменты анализа конечных элементов (FEA), чтобы сгенерировать данные уменьшаемого порядка, требуемые этим блоком. Например, с Partial Differential Equation Toolbox™, можно начать с геометрии CAD компонента, сгенерировать mesh конечного элемента, применить FEA Craig-Бамптона подструктурирование метода и сгенерировать модель уменьшаемого порядка. Для получения дополнительной информации см. Модель Рука Красильщика Экскаватора как Гибкое Тело.

Система координат общей ссылки

Блок, модель уменьшаемого порядка и геометрия CAD должны использовать сопоставимую систему координат общей ссылки. Эта система координат локальной ссылки задает x, y, и направления z раньше задавали относительное положение всех точек в теле. Система координат также задает направления степеней свободы маленькой деформации (переводы и вращения) сопоставленный с каждой интерфейсной системой координат.

Требования модели уменьшаемого порядка

Ваша модель уменьшаемого порядка должна содержать по крайней мере один граничный узел. Каждый граничный узел определяет местоположение интерфейсной системы координат, где гибкое тело соединяется с другими элементами Simscape Multibody, такими как соединения, ограничения, силы и датчики. Вы задаете граничные узлы в модели уменьшаемого порядка в том же порядке как соответствующие интерфейсные системы координат на блоке.

Каждый граничный узел должен внести шесть степеней свободы в модель уменьшаемого порядка. Степени свободы для узла i должны быть сохранены в порядке

_Ui = [_Txi, _Tyi, _Tzi, _Rxi, _Ryi, _Rzi],

где:

_Txi, _Tyi и _Tzi являются поступательными степенями свободы вдоль x, y и направлений z.
_Rxi, _Ryi и _Rzi являются вращательными степенями свободы о x, y и осях z.

Ваша модель может также включать дополнительные степени свободы, _D1, _D2, ⋯, _Dm, которые соответствуют сохраненным нормальным режимам вибрации.

Количество степеней свободы определяет размер жесткости и больших матриц. В гибком теле с граничными узлами n и m модальные степени свободы, эти матрицы имеют r = 6n + строки и столбцы m. Порядок строк и столбцов должен соответствовать порядку степеней свободы:

U_reduced = [_U1, _U2, ⋯, _Un, _D1, _D2, ⋯, _Dm].

Чем больше степеней свободы в модели, тем больше матрицы, которые описывают гибкое тело и медленнее симуляция.

Затухание

Чтобы задать характеристики затухания гибких тел, этот блок поддерживает три метода затухания: пропорциональное затухание, универсальное модальное затухание и затухание матричных методов. Для большей информации смотрите Затухание.

Эффективность симуляции

Гибкие тела могут увеличить числовую жесткость модели мультитела. Чтобы избежать проблем симуляции, используйте жесткий решатель, такой как ode15s или ode23t.

Затухание может значительно влиять на эффективность симуляции. Например, при моделировании тела с минимальным затуханием, нежелательные высокочастотные режимы в ответе могут замедлить симуляцию. В этом случае добавление небольшого количества затухания может улучшить скорость симуляции, значительно не влияя на точность модели.

Порты

Система координат

развернуть все

`F1, F2..., Fn` — Интерфейсные системы координат
система координат

Системы координат, которые соединяют гибкое тело с моделью. Каждая интерфейсная система координат соответствует граничному узлу в модели уменьшаемого порядка. Интерфейсные системы координат позволяют вам соединять гибкое тело с другими элементами Simscape Multibody, такими как соединения, ограничения, силы и датчики. Не требуется, что все порты системы координат соединяются.

Параметр Number of Frames управляет количеством интерфейсных портов системы координат на блоке. Этот номер должен соответствовать, количество граничных узлов, заданных в исходной модели конечного элемента раньше, генерировало модель уменьшаемого порядка.

В параметре Origins задайте источник для каждой интерфейсной системы координат относительно системы координат общей ссылки.

Оси интерфейсных систем координат всегда выравниваются с осями системы координат. Если вы требуете интерфейсной системы координат с различной ориентацией, присоединяете блок Rigid Transform непосредственно к порту системы координат.

Параметры

развернуть все

Модульная система

`Unit System` — Стандартные или пользовательские модули для длины, массы, и время
`SI (m, kg, s)` (значение по умолчанию) | `CGS (cm, g, s)` | `English (ft, slug, s)` | `Custom`

Система модулей, в которых можно описать длину, массу, время и другие производные единицы меры, используемой во всех параметрах блоков. Угловая мера всегда находится в радианах.

Модульная система	Основные единицы			Выбранные производные единицы
Модульная система	Длина	Масса	Время	Сила	Напряжение и давление	Плотность
`SI`	m	kg	s	N = kg · m/s²	Па = kg / (m · s²)	кг/м³
`CGS`	cm	g	s	dyn = g · cm/s²	Ba = g / (cm · s²)	g/cm³
`English`	ft	slug	s	lbf = краткий заголовок · ft/s²	отложите / (ft · s²)	slug/ft³

Чтобы задать единицы длины, масса, и время индивидуально, выбирает Custom. Например, предположите, что вы задаете пользовательскую модульную систему с mm для длины, t для массы и s в течение времени. Производные единицы включают N = t · мм/с² для силы, MPa = t / (мм · s²) для напряжения и давления и t/mm³ для плотности.

`Length Unit` — Единица измерения для длины
`m` (значение по умолчанию) | `cm` | `mm` | `km` | `in` | `ft` | `yd` | `mi`

Единица измерения, в которой можно описать длину.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Unit System на Custom.

`Mass Unit` — Единица измерения для массы
`kg` (значение по умолчанию) | `g` | `t` | `lbm` | `slug`

Единица измерения, в которой можно описать массу.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Unit System на Custom.

`Time Unit` — Единица измерения в течение времени
s (значение по умолчанию) | `ms` | `min` | `hr`

Единица измерения, в которой можно описать время.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Unit System на Custom.

Геометрия

`File Name` — Путь файла геометрии CAD
пользовательский вектор символов

Путь файла CAD, который задает недеформированную геометрию тела в виде пользовательского вектора символов. Файл может быть в одном из этих форматов:

КАТЯ
Creo
Изобретатель
JT
NX
Паратело
SAT (ACIS)
Твердое ребро
SolidWorks
Шаг
STL

Путь может быть абсолютным, начинающий с корневой папки или родственника, начинающего с папки на MATLAB^® path.

Файл CAD должен задать геометрию гибкого тела при помощи той же системы координат как модель уменьшаемого порядка.

Определение файла геометрии CAD является дополнительным. Если вы не задаете файл, Mechanics Explorer не использует гибкое тело от визуализации модели.

`Unit Type` — Источник единицы длины для геометрии
`From File` (значение по умолчанию) | `From Unit System`

Источник единицы длины для геометрии тела тела.

Чтобы использовать модуль, заданный в импортированной геометрии CAD, выберите From File.
Чтобы использовать модуль, заданный в параметрах Unit System, выберите From Unit System. Выберите эту опцию, если ваш формат файла геометрии CAD не обеспечивает единицы длины.

Интерфейсные системы координат

`Number of Frames` — Количество портов системы координат
1 (значение по умолчанию) | положительный целочисленный литерал

Количество интерфейсных портов системы координат. Этот номер должен соответствовать, количество граничных узлов, заданных в исходной модели конечного элемента раньше, генерировало модель уменьшаемого порядка. Задайте этот параметр при помощи положительного целочисленного литерала. Переменные или выражения не поддерживаются.

`Origins` — Декартовы координаты интерфейсных систем координат
[0 0 0] (значение по умолчанию) | n-by-3 матрица

Декартовы координаты всех интерфейсных систем координат в виде матрицы с одной системой координат на строку. Этот параметр указывает, что положение граничных узлов, заданных в исходной модели конечного элемента раньше, генерировало модель уменьшаемого порядка. Все координаты должны быть относительно системы координат общей ссылки.

Уменьшаемые матрицы порядка

`Stiffness Matrix` — Матрица жесткости из модели уменьшаемого порядка
`[]` (значение по умолчанию) | r-by-r матрица

Матрица жесткости из модели уменьшаемого порядка. Матрица жесткости является симметрической матрицей, которая описывает свойства упругости гибкого тела. В гибком теле с граничными узлами n и m динамические режимы деформации, матрица жесткости имеет r = 6n + строки и столбцы m.

`Mass Matrix` — Большая матрица из модели уменьшаемого порядка
`[]` (значение по умолчанию) | r-by-r матрица

Большая матрица из модели уменьшаемого порядка. Большая матрица является симметрической матрицей, которая описывает инерционные свойства гибкого тела. В гибком теле с граничными узлами n и m динамические режимы деформации, большая матрица имеет r = 6n + строки и столбцы m.

Затухание

`Type` — Тип затухания метода
`Proportional` (значение по умолчанию) | `Damping Matrix` | `Uniform Modal` | `None`

Затухание метода, чтобы примениться к телу:

Выберите Proportional применять пропорциональное (или Рейли) затухание метода. Этот метод задает ослабляющую матрицу [C] как линейная комбинация большой матрицы [M] и матрица жесткости [K]:
$[C] = α [M] + β [K]$ ,
где α и β являются скалярными коэффициентами.
Выберите Damping Matrix использовать матрицу затухания уменьшаемого порядка, которую вы вычислили с жесткостью и большими матрицами. Например, можно использовать эту опцию, чтобы задать модальную модель затухания для гибкого тела.
Выберите Uniform Modal применять универсальный модальный метод затухания. Этот метод применяет один коэффициент затухания ко всем режимам вибрации тела. Чем больше значение, тем затухают более быстрые колебания.
Выберите None смоделировать незатухающие твердые частицы.

`Stiffness Coefficient` — Коэффициент матрицы жесткости
0,001 `s` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Коэффициент, β, матрицы жесткости. Этот параметр задает затухание, пропорциональное матрице жесткости [K].

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type на Proportional.

`Mass Coefficient` — Коэффициент большой матрицы
0 `1/s` (значение по умолчанию) | неотрицательный скаляр

Коэффициент, α, большой матрицы. Этот параметр задает затухание, пропорциональное большой матрице [M].

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type на Proportional.

`Damping Ratio` — Коэффициент затухания для универсального модального метода затухания
0,01 (значения по умолчанию) | безразмерный неотрицательный скаляр

Коэффициент затухания, ζ, применился ко всем режимам вибрации тела. Чем больше значение, тем быстрее затухание колебаний.

Используйте ζ = 0, чтобы смоделировать незатухающие твердые частицы.
Используйте ζ <1 к модели underdamped твердые частицы.
Используйте ζ = 1, чтобы смоделировать критически ослабленные твердые частицы.
Используйте ζ> 1 к сверхослабленным твердым частицам модели.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type на Uniform Modal.

Типы данных: double

`Damping Matrix` — Матрица затухания уменьшаемого порядка
`[]` (значение по умолчанию) | r-by-r матрица

Матрица затухания уменьшаемого порядка. Матрица затухания является симметрической матрицей, которая описывает свойства затухания гибкого тела. В гибком теле с граничными узлами n и m динамические режимы деформации, матрица затухания имеет r = 6n + строки и столбцы m.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Type на Damping Matrix.

Графический

`Type` — Графический, чтобы использовать для визуализации
`Partitioned Geometry` (значение по умолчанию) | `None`

Графический, чтобы использовать для визуализации гибкого тела.

Чтобы разделить геометрию тела в твердые разделы, которые могут отклонить друг относительно друга, выберите Partitioned Geometry. Гибкое тело разделено на твердые разделы, которые свободны перемещаться друг относительно друга. Разделы сделаны между интерфейсными системами координат так, чтобы каждая точка тела принадлежала твердому разделу, сопоставленному с самой близкой системой координат.
Чтобы не использовать гибкое тело от визуализации модели в Mechanics Explorer, выберите None.

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

Параметризация для определения визуальных свойств.

Чтобы использовать цветные данные из импортированного файла геометрии CAD, выберите From File. Не все форматы файлов позволяют цветные данные. В форматах, которые позволяют цветные данные, те данные являются часто дополнительными. Если ваш файл не задает цвет, тело представляется в сером.
Чтобы задать только цвет и непрозрачность, выберите Simple.
Чтобы добавить зеркальные подсветки, окружающие тени и эффекты самоосвещения, выбирают Advanced.

`Color` — Истинный цвет как [R, G, B] вектор по шкале 0–1
[0.5 0.5 0.5] (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор со значениями, ограниченными к 0–1

Цветной вектор RGB с красным (R), зеленый (G), и синий (B), окрашивает суммы заданными по шкале 0–1. Палитра цветов предоставляет альтернативе интерактивные средние значения определения цвета. Если вы изменяете настройки Visual Properties к Advanced, цвет, заданный в этом параметре, становится вектором Diffuse Color.