Spatial Contact Force

Примените силы контакта между парой связанных тел

расширьте все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Мультитело / Силы и Крутящие моменты

Описание

Блок Spatial Contact Force моделирует контакт между парой тел с помощью метода штрафа. Этот метод позволяет телам проникать небольшое количество, чтобы вычислить силы контакта. Блок применяет нормальные и фрикционные силы контакта между связанной основой и телами последователя.

Нормальная сила контакта вычисляется с помощью уравнения силы классической системы пружинного демпфера. Во время контакта нормальная сила контакта пропорциональна своей соответствующей глубине проникновения и скорости. Transition Region Width задает транзитную область к уравнениям силы. В то время как глубина проникновения перемещается через область перехода, блок гладко подъемы сила. В конце области перехода применяются полная жесткость и затухание. На восстановлении и жесткость и ослабляющие силы гладко уменьшены назад, чтобы обнулить. Этот плавный переход устраняет разрывы из уравнений силы и устраняет события пересечения нулем. Чем больше Transition Region Width, тем более сглаженный тренд перехода силы контакта. В отличие от этого, когда Transition Region Width уменьшается к нулю, сила контакта имеет тенденцию иметь более резкий переход, который ведет себя как прерывистая проблема.

Чтобы лучше обнаружить контакты, когда значение Transition Region Width мало, блок Spatial Contact Force поддерживает дополнительное обнаружение пересечения нулем. События пересечения нулем только имеют место, когда разделительное расстояние изменяется от положительного или нуля к отрицанию и наоборот.

Примечание

Обнаружение пересечения нулем блока Spatial Contact Force отличается с исходным обнаружением пересечения нулем Simulink® блоки, такие как From File и Integrator, потому что уравнение силы Spatial Contact Force непрерывно. Для получения дополнительной информации обнаружения пересечения нулем блоков Simulink, смотрите Обнаружение Пересечения нулем.

Каждое тело имеет систему координат контакта со своим источником, расположенным в контактной точке и своей осью z, выровненной с контактом нормальное направление. Когда поверхность является гладкой около контактной точки, нормальный контакт является исходящей поверхностью, нормальной в контактной точке. Когда поверхность не является гладкой, нормальный контакт вычисляется с помощью других средних значений, но это всегда указывает исходящий от тела около контактной точки. Во время непрерывного контакта система координат контакта перемещает тело, когда контактная точка перемещается.

Схема показывает систему координат контакта для основного тела. Силы контакта применяются к двум твердым телам в начале координат системы координат контакта в соответствии с Третьим Законом Ньютона:

  1. Нормальная сила, fn, который выравнивается с осью z системы координат контакта. Эта сила продвигает твердые тела независимо для того, чтобы уменьшать проникновение.

  2. Фрикционная сила, ff, который находится в плоскости контакта. Эта сила выступает против относительных тангенциальных скоростей между этими двумя телами около области проникновения.

Блок Spatial Contact Force поддерживает множество конфигураций и тел. Например, это поддерживает все твердые блоки в библиотеке Body Elements и Infinite Plane и блоки Point в библиотеке Curves и Surfaces.

Примечание

  • Для File Solid и блоков Revolved Solid, их физические свойства, такие как масса и инерция, основаны на истинной геометрии, но моделирование контакта основано на геометрии выпуклой оболочки. Для примера смотрите следующую фигуру.

Контакты между твердыми частицами

Выпуклые оболочки обычно используются, чтобы представлять геометрический контур, когда истинная геометрия представляет алгоритмическую сложность. Выпуклая оболочка является самым маленьким выпуклым многогранником, который содержит все вершины истинной геометрии. Для выпуклой оболочки внешний угол (α) между парой смежных поверхностей должен быть больше или быть равен 180 градусам.

Выпуклая оболочка

Порты

Геометрия

развернуть все

Порт Geometry сопоставлен с базовой системой координат в модели.

Порт Geometry, сопоставленный с последователем, структурирует в модели.

Вывод

развернуть все

Разделительное расстояние между двумя твердыми элементами тела.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Sense Separation Distance.

Величина нормальной силы контакта между двумя твердыми элементами тела.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Sense Normal Force.

Величина фрикционной силы контакта между двумя твердыми элементами тела.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Sense Frictional Force Mag.

Параметры

развернуть все

Нормальная сила

Пружинная жесткость является постоянным значением, которое представляет силу контакта двух сталкивающихся твердых тел. Чем больше значение пружинной жесткости, тем тяжелее контакт между твердыми элементами тела.

Коэффициент демпфирования является постоянным значением, которое представляет потерянную энергию от сталкивающихся твердых тел. Чем больше значение коэффициента демпфирования, тем больше энергии потеряно, когда конфигурации сталкиваются и быстрее, колебания контакта ослаблены. Значение нуля может использоваться к совершенно упругим соударениям модели, которые сохраняют энергию.

Ширина области перехода, описанная как глубина проникновения. Чем меньший область, тем более резкое начало контакта и меньшего такт требуется для решателя. Сокращение области перехода улучшает точность модели, в то время как расширение его улучшает скорость симуляции.

Фрикционная сила

Фрикционная сила является силой, которая находится мимоходом в системе координат контакта и перпендикуляре к нормальной силе. Выбор Smooth Stick-Slip производит более реалистическую динамику контакта.

Smooth Stick-Slip

Когда Smooth Stick-Slip выбран, фрикционная сила непрерывна относительно относительной тангенциальной скорости около области проникновения. Этот график показывает, как сила трения затронута:

μstatic является коэффициентом статического трения, μdynamic является коэффициентом динамического трения, и vcrit является критической скоростью.

None

Когда None выбран, никакая фрикционная сила не прикладывается.

Отношение величины фрикционной силы к величине нормальной силы, когда тангенциальная скорость близко к нулю.

Это значение определяется свойствами материала связывающихся твердых тел. Это всегда неотрицательно и часто меньше один, несмотря на то, что значения, больше, чем, каждый возможен для материалов высокого трения. В большинстве случаев это значение должно быть выше, чем Coefficient of Dynamic Friction.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Method на Smooth Stick-Slip.

Отношение величины фрикционной силы к величине нормальной силы, когда тангенциальная скорость является большой.

Это значение определяется свойствами материала связывающихся твердых тел. Это всегда неотрицательно и часто меньше один, несмотря на то, что значения, больше, чем, каждый возможен для материалов высокого трения. В большинстве случаев это значение должно быть ниже, чем Coefficient of Static Friction.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Method на Smooth Stick-Slip.

Когда критическая скорость равна величина тангенциальной скорости, эффективный коэффициент трения равен заданному Coefficient of Static Friction. Как величина тангенциальных скоростных увеличений вне этого значения, эффективный коэффициент трения асимптотически приближается к заданному Coefficient of Dynamic Friction.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Method на Smooth Stick-Slip.

Обнаружение

Выберите, чтобы измерить разделительное расстояние между двумя твердыми телами. Если два твердых тела не проникают, это - неотрицательное значение, равное минимальному расстоянию между этими двумя конфигурациями. Если два твердых тела проникают, это - отрицательная величина, равная глубине проникновения.

Выберите, чтобы измерить величину нормальной силы контакта между двумя связанными твердыми телами.

Выберите, чтобы измерить величину фрикционной силы контакта между двумя связанными твердыми телами.

Нулевые пересечения

Выберите, чтобы обнаружить начало и конец каждого контакта как события пересечения нулем. События пересечения нулем имеют место, когда разделительное расстояние изменяется от положительного или нуля к отрицанию и наоборот.

Примеры модели

Ratchet Lifter

Подъемник храповика

Моделирует подъемник храповика и демонстрирует, как использовать прокси контакта для проблем контакта, которые включают сложные геометрии.

Train Humanoid Walker

Обучите гуманоида Уокера

Смоделируйте гуманоидного робота с помощью Simscape Multibody™ и обучите его с помощью любого генетический алгоритм (который требует, что лицензия Global Optimization Toolbox) или обучение с подкреплением (который требует Deep Learning Toolbox™ и лицензий Reinforcement Learning Toolbox™).

Flexible Dipper Arm

Гибкая рука красильщика

Смоделируйте гибкую руку красильщика, такую как рука для экскаватора или экскаватора типа обратная лопата, при помощи блока Reduced Order Flexible Solid. Этот блок получает механическое поведение деформируемого тела через жесткость уменьшаемого порядка и большие матрицы, которые сопоставлены с интерфейсными местоположениями системы координат. В этом примере Partial Differential Equation Toolbox™ используется, чтобы создать модель уменьшаемого порядка.

Cable Robot

Робот кабеля

Моделирует робота кабеля. Робот включает 8 независимых схем ремня, которые управляют 6 степенями свободы двигателя. Ошибка допущена от фиксированной высоты вниз центральная ось механизма. Двигатель первоначально запускается непосредственно ниже мяча, и контакт моделируется между двигателем и мячом, таким образом, что мяч возвращается эластично при нанесении удара двигателя. Цель двигателя состоит в том, чтобы выполнить все больше комплексные маневры между последовательными возвратами мяча. Двигатель является движением, приводимым в движение, из которого вычисляются необходимый кабель, шкив и моторная кинематика золотника.

Forklift

Грузоподъемник

Моделирует грузоподъемник, который использует гидравлические механизмы и механизмы шкива, чтобы выполнить действие лифта. Наклоном мачт также управляют гидравлические цилиндры. Грузоподъемник включает 3 мачты, а именно, основную мачту, главную мачту и мачту ветвления. Основная мачта соединяется с шасси шарнирными соединениями, и его наклоном управляют гидравлические наклонные цилиндры. Главными слайдами мачты по основной мачте и ее движению управляют гидравлические цилиндры лифта. Мачта ветвления скользит на главной мачте и висит через схемы ремня, который управляет перемещением мачты ветвления. Общее складское приложение показывают в этом примере, где цель грузоподъемника состоит в том, чтобы захватить поле, передать по удару и поместить поле в стойки. Пространственные блоки Силы контакта используются во всех местоположениях контакта, чтобы смоделировать контакт между телами. Контакт между земной поверхностью и колесами моделируется с помощью бесконечного плоского блока и контакта между ветвлениями, и поле моделируются с помощью блоков точки.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Смотрите также

| | | |

Темы

Введенный в R2019b

Документация Simscape Multibody

Поддержка

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте