Компьютерное моделирование механических систем в рамках виртуальных лабораторий | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Компьютерное моделирование механических систем в рамках виртуальных лабораторий

Рассмотрена функциональная структура виртуальной лаборатории, систематизируется формализованное представление механических систем с учетом измерения и управления их параметрами в экспериментальных рамках виртуальных лабораторий. Рассмотрена топологическая диаграмма механических цепей с элементарными и векторными связями на примере механических систем с поступательным или вращательным типом движения.

Computer modelling of mechanical systems within virtual laboratories .pdf 1. Функциональная структура виртуальной лабораторииВиртуальные лаборатории (ВЛ) оперируют с формальными моделями, в данном случае с компьютерными. Поэтому в их состав входят: система формализованного отображения (СФО) реального объекта (РО) в модель вместе с библиотекой моделей компонентов (БМК), система компьютерного моделирования (СКМ) совместно с виртуальными приборами (ВИП) и блоком обработки выходных данных (БОД). Автоматизированная ВЛ (рис. 1) содержит также и систему управления экспериментом, осуществляющую информационную поддержку лабораторного эксперимента на всех его этапах.ПК СУЭi1'СФОРО-►БОДРис. 1. Структура ВЛВ настоящее время широкое распространение получили ВЛ для объектов и систем электрического характера, которые опираются на системы компьютерного моделирования Pspice и WorkBench. Сложнее обстоит дело с ВЛ, где необходимо моделировать неэлектрические, в частности механические системы, особенно многомерные и с ограничениями различного типа. Применение традиционных для этого случая уравнений Лагранжа делает процесс отображения объекта в модель ненаглядным, а использование метода электромеханических аналогий несет в себе множество дополнительных и необязательных преобразований из механической среды в электрическую, а затем обратно. Гораздо более эффективным представляется подход, основанный на методе компонентных цепей (МКЦ), предполагающий прямое отображение механических объектов в формальную модель.Для этого в данной работе систематизируется формализованное представление механических систем с учетом измерения и управления их параметрами в экспериментальных рамках виртуальных лабораторий.Формальное описание механической системы с элементарными и векторными связями в рамках МКЦ может быть представлено следующими множествами объектов:См = {КО, SR, LR, CK}, где КО - компоненты-объекты; SR - системные связи; LR - локальные связи;CK - согласующие (управляющие и измерительные) компоненты.Структура механических одномерных, плоских и пространственных систем приведена на топологической диаграмме (рис. 2).В нее входят следующие составные части:Источники заданных констант или переменных (SV). Компоненты нескольких типов:- компоненты - твердые тела (TT), реализующие различные функции преобразования энергии (F(VN,VB)=0) и имеющие векторные энергетические BV1, …, BVm (j=1, …, m) связи, содержащие пару векторных переменных: VN - вектор потенциальных и VВ - вектор потоковых величин;- кинематические преобразователи (KN), реализующие функции кинематического преобразования (K(VN,VB)=0) из одной локальной системы координат в другую;- динамические компоненты (DK), накладывающие динамические ограничения (D(VN,VB)=0) на относительные движения кинематически связанных тел.3. Измерительные компоненты (IK) потенциальной и потоковой переменных (скоростей, сил и моментов в механике).4. Согласующие информационно-энергетические компоненты (СК), связывающие энергетическую цепь с информационной подцепью, например с блоком управления.Блок задания математических или логических ограничений (QM), в том числе управлений (локальные отношения). Блок топологическая структура узлов и ветвей (QT), задающая топологические ограничения (системные отношения). 97Примерами таких цепей являются одномерные механические системы с поступательным или вращательным типом движения, а также плоские системы.2. Компонентные цепи механических поступательных и вращательных системВ одномерных (поступательных и вращательных) механических системах твердые тела всегда можносчитать однополюсниками, т.к. движение твердого тела с одной степенью свободы не зависит от точки приложения сил и моментов сил. В одномерных механических системах топологические узлы интерпретируются как узлы жесткого соединения, а кинематические узлы как узлы с одной степенью свободы (Y1-узлы). Условные обозначения механических компонентов и их математические модели приведены в таблице.ИсточникиVe = w(t)Cогласующие компонентыVe = f(VI)Топологическая структура узлов и ветвейBNv.BvОNv.Компоненты - твердые телаТТ: F(Vn,Vb)= 0Компоненты - кине матические узлыKN: К(Vn,Vb)= 0Компоненты - динамические связиDK: D(VN,VB)= 0NIBiИзмерителиQMVB = ? VN = ?Рис. 2. Топологическая диаграмма механических цепей с элементарными и векторными связямиНазвание, обозначение, графическое представление-п (2).Математическая модель и параметрыT (v1 - v2) - F = 0, T - коэффициент тренияУпругость, SPRV^^NV^Инерционность, IM

Ключевые слова

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Коротина Татьяна Юрьевнаm Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники заместитель заведующего отделения послевузовского профессионального образования (ОППО) korotina@tusur.ru
Всего: 1

Ссылки

 Компьютерное моделирование механических систем в рамках виртуальных лабораторий             | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Компьютерное моделирование механических систем в рамках виртуальных лабораторий | Вестн. Том. гос. ун-та. 2007. № 301.

Полнотекстовая версия