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WB验证案例106:重力载荷下钟摆的运动

2年前浏览2215

1.案例描述

钟摆由固定杆 L 和连接在自由端的质量B组成。系统在垂直平面中移动,作用在质量上的唯一力是地球的引力和施加在杆上的力。系统中的传感器测量角度0和产生信号。信号作为A处电机的输入,使Mbar=-Kθ(t),其中K=4 Nm/rad。确定杆的最小和最大相对旋转。

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2.多体动力学

建议一个多体多体动力学模块

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3.参数

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4.建立模型

用SCDM建立2mm*2mm*600mm的固定杆。

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进入Mechanical设置固定杆为刚体,底部添加质量点,质量为0.2kg

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5.接触

添加对地的转动副,选择固定杆的顶端面

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6.Mesh

网格划分默认即可

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7. Insert Measures 

在顶部rigid dynamics measure中点击Insert Measures 



左侧点击joint measure,点击add measure,具体设置如下

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左侧点击Derived Measures,点击add measure,具体设置如下

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8.边界条件

Analysis Settings中设置两个载荷步,具体设置如下

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添加加速度,选择竖直的加速度,-9810

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添加连接副载荷,大小选择表格

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旋转速度设置如下,并且最后一步抑制。

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插入Measure Varying Joint Load

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Measure Varying Joint Load具体设置如下

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9.结果

右键solution插入连接副探针

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仿真和理论对比

结果

理论

仿真

误差

最大转角

13.5

13.513

0.096%

最小转角

-13.5

-13.52

0.151%


参考文献

Da Silva, Marcelo R.M. Crespo. (2016). Fundamentals of Dynamics and Analysis of Motion. (1st ed., Vol 1). Mineola, NY: Dover Publications. 129-136.

上文种涉及到Rigid Dynamics Measure,应该很多小伙伴发现自己mechanical界面中没有这个模块这个是因为Rigid Dynamics Measure属于ACT,但是这个ACT是WB默认自带的,进入ACT开始界面,找到Variable Load加载拓展即可。

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Creating Measures

Measures可以被认为是用于测量模型的传感器。工作流包括使用捕获模型状态的度量来检测模型,然后使用这些度量值来计算应用负载的值,或者激活和停用它们。其主要包括Bodies Measures,Joints Measures和derived measures。


Bodies Measures

1.点击左侧Bodies Measures,即可出现工作表


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2.点击Add Measure,即可进行设置

在命名中需要设置唯一的名字,因为后续中要用到这个名字

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3.在Selection列中选择要检测的实体。

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4.从Variable下拉菜单中选择要测量的参数

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5.选择参考坐标系

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Joint Measures

该步骤和Bodies Measures差不多,只是这个是针对joint的,Variable下拉菜单中选择要测量的参数不同而已

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这里需要注意的是在求解过程中,求解器有时会翻转运动幅的参考和移动坐标系。如果运动幅反转,力载荷必须是负的。


Derived Measures

根据消耗测量的负载是如何定义的,可能需要一维度量。测量有时也需要通过一些数学运算符进行转换。因此有了Derived measures。

1.Derived measures开始的操作和之前的一样,但是在Type下拉菜单中:

在使用 Component 时,列表如下

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在使用Operator时,列表如下

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Modulo应于模运算。例如,它可用于从旋转关节的旋转角度中去除转数。模数由 Operator Value 属性定义。

Scale Factor 按 Operator Value 属性定义的常数缩放输入测试的值。


Defining Joint Loads Dependent on one or more Measures

点击最上面的按钮即可插入

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这里面Joint Selection和Joint Dof都好理解,无脑选择就好。在Output Type中如果选择Python User Table,将打开一个文本编辑器,允许你根据 Measure Selections 字段中定义的输入变量定义联合载荷的演变。

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一般来说,您只需要修改 Evaluate 函数。它的作用是计算出[0]。输入度量值在 In []数组中进入这个函数。在上面的例子中,对于只有一个自由度的节点,荷载有两个输入量: 一个是节点位移,另一个是节点速度。这种力的计算方法仿佛是预加载的弹簧和阻尼器共同作用的结果。

Table

此选项将允许你定义将输出定义为输入函数的表格数据。此选项要求你只有一个输入变量。该表将有两列,第一列对应输入值,第二列对应输出值。

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Excel

你还可以使用Excel定义表格输出,数据将从Excel逗号分隔值文件(.csv)中读取。单击Excel旁边的字段以浏览到你的Excel文件。

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Excel 表必须有两列,第一列对应输入值,第二列对应输出值。

默认情况下,假定表格的第一行包含描述列的标签。

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如果第一行包含数据(它不是标题),则应将 Skip Header 选项设置为 No。

电子表格中的值可以通过输出比例因子进行缩放。这可能很有用,例如,如果 .csv文件未在与解决方案相同的单位系统中创建。

默认情况下,逗号分隔值文件格式使用“,”作为分隔符。但是,根据你的操作系统或生成 .csv 文件的计算机的语言,Excel 可以使用不同的字符来分隔字段。你可以使用列分隔符字段指定此字符。


Measure Selection

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如果输出类型设置为表,则只能定义一种度量。如果输出类型是 Excel 或表格,则输入度量必须是标量。使用派生度量来提取多维基本度量的一个特定组件。

测量时间始终可用。虽然可以在所有瞬态机械负载上定义随时间变化的负载,但 IronPython 的使用对于复杂负载可能非常强大。

不能将力测量或从力测量派生的测量指定为用于计算载荷的输入。不能使用加速度作为输入,因为这样可能导致不收敛。如果要链接两个运动副的加速度,则可以使用约束方程。



Condition

根据任何导出的测量值,可以有条件地施加Joint loads。

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Defining Force Loads Dependent on one or more Measures

点击最上面的按钮即可插入

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需要注意的是Remote Point Section中需要选择远程点。远程点必须连接到几何实体或命名选择。它不能是一个独立的远程点。对应的物体必须是刚体。

在table中和上文的操作一样的,唯一的区别就是力有3个方向的分量,其余的都一样。

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主要的内容基本上已经介绍完了,有兴趣的小伙伴可以自己研究一下。


多体动力学ACTMechanicalWorkbench
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首次发布时间:2022-03-30
最近编辑:2年前
CAE无剑
硕士 | 仿真工程师 CAE中学生
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