Технологія моделювання

Схематично процес моделювання багатокомпонентної механічної системи (ММС) в EULER можна розділити на етапи, представлені малюнку 1. Розглянемо ці етапи докладніше.

Мал. 1. Основні етапи моделювання ММС за допомогою EULER.

1. Вихідна система

Об'єктом аналізу, що виконується за допомогою EULER, є технічна чи інша структура, яку можна подати у вигляді ММС. Така багатокомпонентна механічна система має існувати або у реальному вигляді, або у вигляді проекту, або, принаймні, уявою користувача.

2. Формування вихідних даних та концепції моделі

Успіх аналізу насамперед залежить від уявлення вихідної механічної системи, тобто концепції ідеалізованої моделі. Цей етап процесу виконується до початку роботи з EULER. Однак дослідник, який створює концепцію ідеалізованої моделі, повинен уявляти можливості програмного комплексу. Від досвіду дослідника та розуміння ступеня впливу різних факторів на поведінку вихідної механічної системи залежить правильний вибір між точністю створюваної моделі та складністю її опису.

Насамперед, користувач повинен вирішити, з яких ланок складатиметься модель вихідної механічної системи та якими шарнірами ці ланки з'єднуються. Ланки - це тіла, з яких утворюється механічна система. Шарнір, або кінематичний вузол, є рухомим з'єднанням кількох ланок.

У EULER ланки ММС можуть бути як жорсткими, так і тілами, що деформуються. Якщо при дослідженнях необхідно врахувати можливість деформації певної цілісної конструкції, наприклад крила літака або рами автомобіля, то це можна зробити одним із двох способів:

Розділити пружнуконструкцію на ряд жорстких ланок, з'єднаних шарнірами та силовими елементами, що моделюють пружні властивості конструкції.
Задати пружну конструкцію ланкою, що деформується, на основі моделі пружного тіла, створеної методом кінцевих елементів.

Маси вихідної системи необхідно рознести за ланками її моделі.

Типи шарнірів у моделі мають бути обрані так, щоб вони забезпечували всі необхідні рухи тіл у вихідній системі. У той же час слід уникати додавання непотрібних для дослідження шарнірів і максимально скорочувати кількість ланок. Програмний комплекс EULER підтримує широку номенклатуру можливих шарнірів. Їхній раціональний вибір полегшує вирішення цього завдання. Виконання цих вимог дозволяє скоротити час розрахунків.

Далі на формування ідеалізованої моделі необхідно виділити все активні сили, які впливають рух вихідної системи. До них відносяться сили пружності пружин, сили, що демпфують, амортизаторів, рушійні сили і сили опору руху, сили впливу на ланки зовнішнього середовища. Усі активні сили мають бути описані у моделі у вигляді силових елементів. І їм необхідно підготувати відповідні вихідні дані.

При моделюванні деяких механічних систем іноді потрібно організувати керування ними у процесі руху. Для моделювання каналів управління в EULER мають бути створені датчики та програмні рухи. Датчики застосовуються для формування та перетворення сигналів керування. Програмні рухи створюють керуючі силові дії моделі механічної системи. Вони, наприклад, можуть визначати зміну одного датчика залежно від іншого відповідно до заданої функції – програмою руху.

Завдяки потужним засобампрограмного комплексу EULER при моделюванні щодо простих механічних систем 1-ий та 2-ий етапи фактично можуть поєднуватися з 3-м та 4-м етапами – формуванням геометричної та динамічної моделей. У цьому випадку користувач просто описує вихідну систему у термінах EULER.

3. Формування геометричної моделі

На цьому етапі розпочинається робота безпосередньо у програмному комплексі EULER. Геометрична модель є основою побудови динамічної моделі ММС. Геометрична модель дозволяє візуалізувати механічну систему. По ній у EULER розраховуються масово-інерційні показники елементів системи. Геометричні об'єкти використовуються під час завдання кінематичних зв'язків, силових впливів та інших об'єктів динамічної моделі системи. Для створення геометричної моделі застосовуються такі типи об'єктів: точка (point), вектор (vector), вузол (node), площина (plane), лінія (line), поверхня (surface), дорога (road), тіло (solid). Слід зазначити, що зображення частин (ланок) механічної системи як набору точок, ліній чи тіл перестав бути обов'язковим. Однак це дуже зручно для формування моделі, особливо при проведенні досліджень, оскільки дозволяє спостерігати процес руху системи на екрані.

4. Формування динамічної моделі

Можливість створення динамічної моделі ММС принципово відрізняє EULER від систем автоматизованого проектування, призначених для геометричного моделювання. Опис динамічної моделі проводиться у зрозумілих інженерних термінах. Для цього використовуються такі типи об'єктів: ланка (body), шарнір (joint), силовий елемент (force), датчик (sensor), програмний рух (motion), зміна механізму (reform), подія (event), умовастан механізму (condition), гравітаційне тяжіння (gravity) та інші типи об'єктів.

Поділ етапів 3 та 4 є умовним. Насправді створення геометричних об'єктів може чергуватись з генерацією об'єктів динамічного уявлення ММС.

5. Автоматичне формування математичної моделі

Формування математичної моделі виконується в EULER автоматично, без участі користувача.

Математична модель є системою алгебраїчних і диференціальних рівнянь. Вона формується у нелінійній постановці з урахуванням великих переміщень ланок. Для всіх характеристик, що описують поведінку, управління та силові впливи в математичній моделі, враховується їхня нелінійна природа.

6. Дослідження системи

Під дослідженням ММС розуміється проведення розрахунків, необхідні користувачеві. Під час досліджень користувач може спостерігати поведінку механічної системи у спеціальних інтерфейсних вікнах. У цих вікнах виводиться каркасне або реальне (з відсіканням невидимих ліній та напівтоновим розфарбуванням поверхонь) графічне уявлення системи. Одночасно з графічним поданням у вікнах можна виводити графіки та цифрові значення різних параметрів руху механічної системи. Для збереження результатів дослідження використовують спеціальні файли програмного комплексу EULER, а також файли різних форматів системи Windows. Крім того, зображення зовнішнього вигляду ММС та графіки можна друкувати на принтері.

При дослідженнях складних механічних систем слід перевірити точність сформованої моделі. Особливо це стосується тих типів систем, які раніше користувачеві моделювати не доводилося. Найбільш достовірну оцінку точності моделіможна отримати у порівнянні поведінки реальної системи з результатами математичного моделювання. Незадовільна точність моделі означає, що при складанні ідеалізованої моделі користувач знехтував факторами, важливими для опису поведінки вихідної системи або занадто спростив модель. І тут необхідно модернізувати ідеалізовану модель. Важливою перевагою програмного комплексу EULER, що виявляється у цій ситуації, є можливість розширювати досліджувану модель. Завдяки цьому дослідник може оперативно доповнювати існуючу модель з урахуванням нових факторів.