برنامج مسلي للغاية يسمح لك بمحاكاة جميع أنواع الأنظمة والمواقف الميكانيكية في مساحة ثنائية الأبعاد، بحركات بسيطة بالماوس.

قال شكسبير ذات مرة: "العالم كله مسرح، والناس فيه ممثلون". هذا إذا بدأنا من موقف طريقة التفكير الفنية. إذا نظرت إلى العالم من وجهة نظر علمية، فيمكنك إعادة صياغة الكاتب المسرحي العظيم: "العالم كله هو الطبيعة، والناس كائنات فيه" :). ما علاقة الطبيعة به؟ نعم، على الرغم من حقيقة أن "الطبيعة" في اليونانية هي "الفيزياء"، ومن هنا اسم العلم الرئيسي عن كل ما هو موجود - "الفيزياء".

تحيط بنا الظواهر الفيزيائية منذ الطفولة المبكرة، وكل طفل عاجلاً أم آجلاً لديه أسئلة مختلفة: "لماذا تشرق الشمس، لماذا تمطر؟ لماذا تسقط الشطيرة دائمًا على الأرض ولا تتدلى في الهواء؟ ". وعندما يكبر الطفل محاولاً الحصول على إجابات لهذه الأسئلة، مستخدماً أسلوب "النكزة العلمية"، يتعرف على العالم من حوله وقوانين وجوده. لكن مثل هذه التجارب لا تنتهي دائمًا دون ألم.

هذا على وجه التحديد من أجل التمكن من محاكاة أي عملية جسدية بأمان للطفل والعالم من حوله :) فون.

الإصدار 5.28، المتوفر حاليًا، عبارة عن بيئة نمذجة ميكانيكية مصممة بشكل جيد جدًا. على الرغم من الرعونة الواضحة (تم تصميم البرنامج على شكل رسم للطفل)، فإن Phun يحاكي بشكل معقول الظروف المادية الحقيقية (يمكنك محاكاة المواقف في ظروف مضادة للجاذبية، في الهواء والفضاء الخالي من الهواء، وما إلى ذلك).

تثبيت برنامج المحاكاة الميكانيكية Phun

ولكن عن كل شيء بدوره. الآن سنقوم بتثبيت البرنامج ومحاولة فهمه. للقيام بذلك، قم بتنزيل توزيع تثبيت Phun، قم بتشغيل برنامج التثبيت وانتظر حتى يتم تثبيت كل شيء :).

اسمحوا لي أن أبدي تحفظا على الفور: إذا كان لديك جهاز كمبيوتر قديم مع بطاقة فيديو ضعيفة إلى حد ما، فسوف يتباطأ Phun بشكل ملحوظ في هذه الحالة. على الرغم من أنه يدعي دعم بطاقات الفيديو (على الرغم من الإصدار 4 الأقدم) بذاكرة تبلغ 32 ميجابايت، إلا أن البرنامج يتجمد أحيانًا بشكل ملحوظ على جهاز الكمبيوتر الخاص بي الذي تبلغ سعته 128 ميجابايت. أعتقد أن المساحة المثالية ستكون حوالي 256 ميجابايت.

بينما كنا نتحدث، تم بالفعل تثبيت Phun وهو متلهف للإطلاق. لا أعلم إذا كان هذا خلل في البرنامج أو مشكلة في نظامي بشكل خاص، لكن عندما وافقت على تشغيل البرنامج مباشرة بعد التثبيت، شتمني ورفض البدء. اضطررت إلى تشغيله يدويًا (بدأ بدون مشاكل :)).

ترويس البرنامج

أمامنا نافذة برنامج بها مشروع ترحيبي:

البرنامج الافتراضي هو اللغة الإنجليزية، ولكن في الإصدار الخامس ظهرت الترجمة الروسية أيضًا. لترويس Phun، انتقل إلى قائمة "ملف" وفي عنصر "تغيير اللغة"، حدد الخيار "الروسي". مستعد!

والآن بعد أن تعاملنا مع النسخة الروسية، دعونا نلقي نظرة على ضوابط البرنامج.

واجهة البرنامج

في الجزء العلوي، ترى شريط قوائم منمقًا بعض الشيء، ولكنه مألوف من التطبيقات الأخرى.

تسمح لك قائمة "ملف" بتخصيص مشهد لمشروع ما (حفظ أو مسح)، أو تحميل أو إنشاء مشهد جديد، أو تغيير اللغة، أو تبديل طرق العرض، أو البحث عن تحديثات، أو تنزيل مشاهد إضافية أو شراء الإصدار الكامل (على الرغم من السبب، إذا كان الحرة كافية).

تتيح لك قوائم "الأدوات" و"التحكم" و"قائمة السياق" إخفاء علامات تبويب البرنامج المقابلة أو إظهارها.

قائمة الأدوات:

يتم هنا جمع جميع الأجهزة التي سننشئ بها الكائنات التي نحتاجها للتجربة. تنقسم اللوحة بأكملها إلى ثلاث مناطق: في المنطقة الأولى توجد أدوات لتحريك الأجسام، وفي الثانية - للرسم، وفي الثالثة - لإدخال الآليات. دعونا ننظر إليهم بالترتيب.

تفتح اللوحة الأولى أداة النقل، التي تسمح لنا بنقل أي كائنات في المستويين الأفقي والرأسي. تُستخدم أداة اليد أيضًا للتحرك، ولكن يمكنها أداء وظيفتها في تجربة جارية بالفعل.

تُستخدم أداة التدوير لتدوير الكائنات حول مركز ثقلها أو تركيبها. تتيح لك أداة القياس تغيير حجم أي كائن. "السكين" مخصص لتقسيم أي كائن إلى أجزاء، وهو يعمل في وضع إعداد التجربة وفي وضع التشغيل.

في لوحة الرسم، الأداة الأولى هي "المضلع". بمساعدتها، يمكنك رسم أي شكل يدوي أو حتى مضلع (للقيام بذلك، اضغط باستمرار على مفتاح Shift لرسم خط متساوي). تتيح لك أداة الفرشاة رسم أي خط أو شكل أو كائن يدويًا.

يساعدنا "المستطيل" في رسم مستطيل أو مربع واضح (أيضًا بالضغط على مفتاح Shift)، وباستخدام أداة "الدائرة" يمكنك دائمًا رسم دائرة متساوية. فيما يلي ثلاث أدوات متخصصة: العتاد والطائرة والسلسلة. كلهم يصنعون أشياءهم وفقًا لذلك.

اللوحة الثالثة مخصصة أيضًا لإنشاء كائنات خاصة بخصائصها الفيزيائية. ستجد هنا أدوات Spring وMount وAxle وTrace. أعتقد أن الغرض من الثلاثة الأولى لا يحتاج إلى شرح، ولكن الأخير يعمل على عرض أثر القصور الذاتي من حركة أي كائن متصل به الأداة (انظر المثال الدائري).

قائمة "الإدارة":

نرى هنا شيئًا مشابهًا للوحة التحكم الخاصة بالمشغل القياسي. هناك أزرار للعكس (إلغاء/تكرار) و"تشغيل" (على التوالي، بدء التجربة).

التالي هو شريط التمرير وزرين للتنقل. يمكن تغيير المقياس في Phun بثلاث طرق: عن طريق تحريك شريط التمرير، أو الضغط على زر الماوس الأيسر على الزر (+/-)، أو استخدام عجلة الماوس عندما تكون فوق حقل التجربة. يتم استخدام زر السهم للتنقل في مجال العمل. اضغط مع الاستمرار عليه وحرك الماوس. على الرغم من أنه من الأفضل في رأيي أن تفعل الشيء نفسه عن طريق الضغط باستمرار على زر الماوس في أي مكان في مجال العمل.

يتم استخدام الزرين الأخيرين في لوحة التحكم لإنشاء مساحة خالية من الوزن والهواء. بشكل افتراضي، تتوافق الجاذبية مع القيمة الحالية البالغة 9.8 م/ث 2، وقوة مقاومة الهواء هي 1. ولكن يمكن تغيير هذه القيم بسهولة في "الإعدادات" في القائمة الفرعية "المحاكي". هناك يمكنك أيضًا ضبط سرعة المحاكاة (افتراضي - 1).

قبل البدء في إنشاء المشاهد الخاصة بك، يجب أن تفكر في تفاصيل تحكم مهمة أخرى - قائمة السياق.

في Phun، تكون قائمة السياق مرئية لك دائمًا، ويمكنك بسهولة تغيير خصائص أي كائن في الوقت الفعلي. في شكلها الأكثر عمومية، يتم عرض قائمة السياق لمساحة العمل. يمكننا هنا تخصيص مظهر المشهد وإضافة أحد الكائنات الجاهزة للاختيار من بينها وتغيير لون الخلفية.

لكل كائن جديد، سيتم توسيع الوظائف، واستكمالها بأشياء مثل الاستنساخ، والإجراءات، واختيار المواد، وتعديل الكفاف، وما إلى ذلك.

نحن الآن على استعداد للعمل مع فون، وأقترح أولاً إجراء تجربة صغيرة للتحقق مما إذا كان قانون الجاذبية العالمية يعمل في البرنامج.

التجربة الأولى

للقيام بذلك، حدد "مشهد جديد" من قائمة "ملف" وارسم مستوى أفقيًا (0 درجة). الآن سنعلق جسمين، أحدهما أكبر والآخر أصغر، على نفس الارتفاع (من أجل المتعة، صنعت الكرة الصغيرة من المعدن والكرة الكبيرة من الزجاج).

كل شيء جاهز للتجربة، كل ما تبقى هو النقر على "ابدأ!" وكما نرى، طار كلا الجسمين بنفس السرعة. العيب الوحيد هو أن الكرة الزجاجية لم تنكسر: ((تبين أنها غير طبيعية). وإلا فإن الأجساد تصرفت كما ينبغي لنظائرها الحقيقية.

معالجة أكثر تعقيدًا للأجسام والسوائل

دعونا نعقد التجربة بإضافة الماء بدلًا من السطح الصلب الذي تهبط عليه الجثث.

لنضع عمودين (مستطيلين) ونثبتهما بقوة. سيكون هذا حاوية لمياهنا. الآن دعونا "نصب" الماء نفسه فيه. لإنشاء الماء، ما عليك سوى رسم جسم كبير بين الأعمدة، ثم تحديد "تحويل إلى ماء" في قائمة السياق الخاصة به في "الإجراءات".

مستعد! يمكنك تشغيل التجربة.

مشاهد جاهزة

لن تكون مراجعة البرنامج مكتملة إذا لم أذكر أن هناك العديد من المشاهد الجاهزة لـ Phun. يتوفر العديد منها إذا قمت بالنقر فوق الزر "فتح المشهد" في القائمة "ملف". إذا لم يكن هذا كافيا بالنسبة لك، فيمكنك دائما تنزيل الآلاف من الآخرين من الإنترنت. ما عليك سوى تحديد "تنزيل المزيد من المشاهد" من قائمة "ملف" نفسها.

أتمنى لك النجاح الإبداعي والتجارب الناجحة دائمًا :)!

وتقليديًا، لعبة فلاش، تعتمد أيضًا على بعض الفيزياء. نقوم هنا بتشغيل محمل مغناطيسي مهمته الرئيسية هي تحميل جميع الصناديق في الجهاز. ولكن كلما ذهبت أبعد، كلما أصبح القيام بذلك أكثر صعوبة.

ملاحظة. يُمنح الإذن بنسخ هذه المقالة واقتباسها بحرية، بشرط الإشارة إلى رابط نشط مفتوح للمصدر والحفاظ على تأليف رسلان تيرتيشني.

P.S. إذا أعجبك هذا البرنامج، فإنني أنصحك بالاهتمام ببرنامج آخر مثير للاهتمام بنفس القدر. سيسمح لك برنامج بداية الإلكترونيات بمحاكاة العمليات الحقيقية في مجموعة متنوعة من الدوائر الكهربائية التي تقوم بإنشائها!

المشاركات التي تصف العمل مع الأنظمة الفرعية الأخرى، وفقًا لدورة حياة النظام:
1. هذه المشاركة؛
2. ;
3. ;
4. .

من أجل إنشاء هذه المادة، تم استخدام إصدار بيئة MATLAB 2013b.
===

لقد ظهر قسم "البرنامج التعليمي التعليمي" لبعض الوقت. وعلى الرغم من أن المنشورات على حبري تحظى بعدد أكبر من المشاهدات (وهناك أشخاص مهتمون جدًا بالتعليق والتوضيح)، فسوف أستمر في نشر ملاحظاتي هنا.

اسمحوا لي أن أذكركم أن "البرامج التعليمية" تدور حول كيفية القيام بشيء ما في MATLAB/Simulink. المشاركات السابقة (المتوفرة على ) كانت تعليمية حقًا، ولكن لم يتم القيام بالقدر الذي أريده بالأيدي. سأصلح هذا.

في هذا المقال سوف نتعلم كيفية إنشاء نموذج ميكانيكي للجنيح. وفي نهاية التدوينة تجدون فيديو يوضح كل ما تم تناوله في التدوينة. المنشور نفسه مناسب كتعليمات للعمل: باستخدامه، يمكنك تكرار كل ما يقال في الفيديو ببطء. للقيام بذلك سوف تحتاج إلى المواد التالية:
- نموذج الجنيح في SimMechanics.
أوصي بمراجعة هذا المنصب.

يبدو النظام المحاكى كما هو موضح في الشكل. 1.

أرز. 1. النظام النموذجي.

يجب أن يدور الجنيح بزاوية معينة. لتدوير الجنيح، يمكن لوصلة ميكانيكية أن تضغط وتتوسع. يجب أن يدور النظام حول نقطتين حتى تكون هذه الحركة ممكنة. نحن نخطط لإنشاء نموذج لنظام ميكانيكي في Simulink باستخدام منتج SimMechanics.

يظهر النموذج الذي نريد إنشاءه في الشكل. 2.

نتيجة للعمل، يجب أن نحصل على رسوم متحركة ثلاثية الأبعاد لحركة الجنيح على طول المسار المطلوب.

يقع SimMechanics في قسم Simscape في مكتبة كتلة Simulink.

سنقوم بإنشاء النموذج مرة أخرى، بدءًا بنافذة Simulink الفارغة. أولا، لا بد لي من تعريف الجاذبية.

في كتلة تكوين الآلية، سأقوم بتعيين ناقل الجاذبية الموجه ضد المحور Y."

بعد ذلك، تحتاج إلى تحديد النقطة في الفضاء التي سيتم ربط أحد طرفي أسطوانة الجنيح بها.

كتلة الإطار العالمي مفيدة لهذا الغرض.

يمكن أن تدور الأسطوانة بالنسبة إلى أحد الأطراف. لتحديد هذه الدرجة من الحرية، أستخدم كتلة Revolute Joint.

لوصف الأسطوانة والقضيب والمكونات الأخرى، نستخدم مكتبة من المكونات التي تم إنشاؤها مسبقًا والمعلمات.

يتم إنشاء الكتلة التي تصف الأسطوانة من كتل SimMechanics الأساسية. يمكننا تحديد نقاط الاتصال والشكل الهندسي وتحديد شكل الجسم في MATLAB. يتم أيضًا تحديد وزن الجسم والخصائص البصرية هنا.

تستخدم SimMechanics تقنية محاكاة أكثر تعقيدًا من Simulink العادي. للوصول إلى الإعدادات الضرورية، أستخدم كتلة Solver Configuration.

دعونا نقوم بتحديث الرسم التخطيطي وتشغيل النموذج. يمكن ملاحظة أن الأسطوانة تتأرجح مثل البندول الرياضي. (رابط الفيديو من لحظة مشاهدة هذا).

الآن دعونا نضيف قضيبًا بمكبس إلى النموذج. يتحرك القضيب بشكل انتقالي بالنسبة للأسطوانة. لتحديد هذه الدرجة من الحرية أستخدم المفصل المنشوري.

يدور الجنيح بالنسبة للقضيب. دعونا نضيف كتلة تصف الجنيح. لنقم بنسخ كتلة Revolute Joint لتحديد درجة أخرى من حرية النظام. دعونا نربط هذه الكتل.

لتعيين شكل الجنيح، يتم استخدام طريقة البثق العامة (يذكرنا مبدأ وصف النموذج بعملية البثق التكنولوجية؛ الموصوفة بالتفصيل في وثائق SimMechanics). يمكنك أن ترى كيف تبدو بيانات MATLAB التي تصف شكل الجنيح. يتم استخدام هذه البيانات لوصف الشكل في حالتنا.

ومن المعروف أن الجنيح يدور بالنسبة إلى نقطة ثابتة في الفضاء. لتحديد هذه الدرجة من الحرية، أستخدم مرة أخرى كتلة Refolute Joint. لتحديد النقطة التي يحدث حولها التدوير، أستخدم كتلة تحويل جامدة. يتيح لنا تحويل الإحداثيات هذا تحديد العلاقة بين نظام الإحداثيات العالمي ونظام الإحداثيات المرتبط بالنقطة التي يدور حولها الجنيح.

دعونا نقوم بتحديث الرسم البياني. يمكنك أن ترى (رابط إلى اللحظة في الفيديو حيث يمكنك رؤية ذلك) المكونات الثلاثة التي حددناها للتو. بعد تنفيذ النموذج، سنلاحظ أن الجنيح يتأرجح مرة أخرى مثل البندول. يمكن ملاحظة أن الجنيح يقوم بتذبذب واحد. يمكنك النظر إلى هذا من زاوية مختلفة. يمكنك أيضًا تغيير، على سبيل المثال، لون خلفية الرسوم المتحركة لجعلها أكثر وضوحًا.

والآن لدينا نموذج ميكانيكي للجنيح. سيكون من المفيد مراقبة استجابة النظام، على سبيل المثال، على ذبذبات الذبذبات الافتراضية Simulink. لمراقبة الزاوية التي ينحرف بها الجنيح، افتح معلمات كتلة الاتصال وقم بتنشيط عنصر الموضع (الموضع هو ما نريد ملاحظته). الآن تحتوي الكتلة على منفذ إضافي - وهو الإخراج الذي يتم من خلاله توفير زاوية انحراف الجنيح. تحتاج إلى تحويل هذه الإشارة المادية إلى إشارة Simulink عادية لعرضها على راسم ذبذبات Simulink الافتراضي. دعونا نحدد وحدة القياس - الدرجات. دعنا نعود إلى مكتبة Simulink، ابحث عن قسم المصارف، وحدد كتلة الذبذبات الافتراضية (النطاق) ووضعها في النموذج.

تسجيل فيديو للمظاهرة:

أساسيات تحليل برنامج تلفزيوني في حزمة برامج الآلية العالمية

يقدم العرض أمثلة على استخدام حزمة برامج Universal Mechanism لحساب تحليل PBS.

النمذجة الحاسوبية للتفاعل بين المعدات الدارجة والمسار والأساس المرن

تعد وحدة مسار السكك الحديدية المرنة UM إضافة إلى وحدة UM Loco (وحدة لنمذجة ديناميكيات مركبات السكك الحديدية) وتسمح لك بدراسة تفاعل المعدات الدارجة مع هيكل المسار عند وصف الأخير بنماذج مكانية مفصلة. لنمذجة تماس "سكة العجلة"، يتم استخدام نموذج خاص لقوى التلامس، استنادًا إلى التداخل الافتراضي لملفات العجلة والسكك الحديدية. لوصف أساس المسار (الجسر، الجسر، النفق، وما إلى ذلك)، يمكن استخدام نماذج العناصر المحدودة المستوردة من حزم FEA (ANSYS، MSC.NASTRAN).

النمذجة الحاسوبية للتفاعل بين مركبات السكك الحديدية والجسور

يتم تقديم تقنية النمذجة الحاسوبية للتفاعل بين جسر السكك الحديدية والقطار.

وصف رمزي رسمي للأنظمة الميكانيكية

بالنسبة للنظام الميكانيكي التعسفي، يتم تقديم وصف رمزي رسمي.

خوارزميات سريعة لحل مشكلة الاتصال بالسكك الحديدية في مشاكل نمذجة ديناميكيات مركبات السكك الحديدية

يصف العرض التقديمي نموذج عدم التكرار لحساب القوة الطبيعية في تلامس حاجز العجلة، استنادًا إلى حالة عدم اختراق نقطة التلامس الأولية. يتم تنفيذ الخوارزميات المقدمة في حزمة برامج "الآلية العالمية" لنمذجة ديناميكيات أنظمة الجسم.

النمذجة المشتركة لعمليات التآكل وتراكم أضرار إجهاد التلامس في عجلات السكك الحديدية

يناقش العرض التقديمي خوارزميات النمذجة الحاسوبية المشتركة لعمليات التآكل وتراكم أضرار إجهاد التلامس في عجلات عربات السكك الحديدية، والتي يتم تنفيذها في حزمة برامج "الآلية العالمية".

نمذجة ديناميكيات مسار السكك الحديدية المرنة

تم وصف طريقة لنمذجة ديناميكيات مسار السكك الحديدية المرنة. يتضمن هذا النهج نمذجة القضبان باستخدام شعاع تيموشينكو، والعوارض بأجسام صلبة أو عوارض أويلر بيرنولي.

محاكاة في الوقت الحقيقي لديناميكيات المركبات المتعقبة

تم تطوير نموذج مسار خالي من القصور الذاتي، مما يجعل من الممكن محاكاة ديناميكيات المركبات المتعقبة في الوقت الفعلي. تم تصميم النموذج مع الأخذ في الاعتبار الحركة المحتملة للمركبة المجنزرة على سطح خشن للغاية، على سبيل المثال، المناظر الطبيعية الصناعية أو الحضرية.

UM VBI: تجربة المستخدم

نبذة عن برنامج UM Lite

Universal Mechanism Lite هو منتج منفصل لمختبر الميكانيكا الحاسوبية. إنها نسخة مبسطة من البرنامج الرئيسي وهي مصممة لمجموعة واسعة من المستخدمين: الطلاب وطلاب الدراسات العليا ومعلمي الجامعات ومهندسي التصميم، وكذلك المتحمسين للميكانيكا فقط. لمزيد من المعلومات حول خط برامج المختبر، راجع.

تم تصميم البرنامج لمحاكاة ديناميكيات وحركيات الأنظمة الميكانيكية المستوية والمكانية. هذه هي الطريقة التي يعمل بها البرنامج. أولاً، يصف الباحث النظام الميكانيكي بأنه نظام من الأجسام المرتبطة بمفصلات وعناصر قوة. بعد ذلك، يقوم البرنامج تلقائيًا ببناء معادلات حركة النظام وحلها رقميًا إما في مجال الوقت أو مجال التردد.

أثناء الحل العددي يتم دعم الرسوم المتحركة المباشرة لحركة النموذج. أثناء عملية الحساب، تتوفر تقريبًا جميع الكميات اللازمة للتحليل: الإحداثيات، والسرعات، والتسارع، وقوى رد الفعل في المفصلات، والقوى في الزنبركات، وما إلى ذلك.

يتم دعم استيراد البيانات من برامج CAD التالية: KOMPAS-3D، وSolidWorks، وAutodesk Inventor. وبالتالي، يمكن اعتبار UM Lite تطبيقًا منخفض التكلفة لتحليل حركيات وديناميكيات الأنظمة المصممة في برامج CAD المذكورة أعلاه. لمزيد من المعلومات حول استيراد البيانات من البرامج الخارجية، راجع.

يوفر برنامج UM Lite للمستخدم مجموعة من الأدوات لإنشاء كائن ديناميكي - نظام أجسام - والتحليل اللاحق لخصائصه الديناميكية والحركية والثابتة.

حاليًا، تم تطوير عدد كبير من المنتجات البرمجية التي توفر للمستخدم فرصًا كبيرة في هذا المجال. من خلال فهم أهمية وتعقيد المشكلات المرتبطة بنمذجة ديناميكيات أنظمة الجسم، سعى منشئو UM Lite إلى تحقيق الأهداف التالية.

- تبسيط عملية إنشاء النماذج الديناميكية وتحليلها العددي، مما يجعل نمذجة ديناميكيات أجهزة الجسم في متناول مجموعة واسعة من مهندسي الأبحاث والمصممين.

تقليل تكاليف التطوير قدر الإمكان، الأمر الذي سيجعل من الممكن تحويله إلى منتج برمجي ضخم.

إعداد المستخدم الشامل لاستخدام برامج أكثر تعقيدًا وكاملة وظيفيًا، بما في ذلك برنامج UM.

تمت مراجعة مقارنة تفصيلية لوظائف UM وUM Lite

يحتوي البرنامج على واجهة ودليل مستخدم باللغتين الروسية والإنجليزية.

* التراخيص الشخصية والجامعية مخصصة للاستخدام غير التجاري فقط وتنص على استخدام البرنامج للأغراض العلمية والتعليمية. تحظر هذه التراخيص استخدام البرنامج لتحقيق الربح.

سيرجي أفونين، ناتاليا غريغورييفا، ألكسندر إينوزيمتسيف، دميتري ترويتسكي

وفقًا لمجلة CADalyst، فإن 74% من مستخدمي CAD يعملون مع إصدارات AutoCAD المختلفة. ولذلك، فإن مسألة الغرض، والأهم من ذلك، التطبيق الصناعي للنمذجة ثلاثية الأبعاد "أوتوكاد" تهم الكثير من الناس. وهذا السؤال بصراحة غامض للغاية.

التواصل مع الأطراف المعنية - المصممين ومطوري CAD - جعل من الممكن تحديد مجموعتين كبيرتين من الشكاوى حول نمذجة AutoCAD 3D في نسختها الأصلية، بدون وحدات إضافية (الإصداران 14 و 2000).

مصمم يعمل في مصنع عادي لبناء الآلات:"لماذا أحتاج كل هذا؟ يعد إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد أكثر صعوبة من رسم توقعاته، وأنا ببساطة لا أملك الوقت لذلك. التصور؟ لكن لدي بالفعل فكرة رائعة عما يبدو عليه تصميمي. حساب الحجم وخصائص الكتلة بالقصور الذاتي؟ إنها ليست مناسبة للتطبيقات الجادة، ولا أحتاج أنا أو التقني إلى معرفة حجم الغالبية العظمى من الأجزاء.

مطور CAD:"إن النمذجة ثلاثية الأبعاد في AutoCAD أقل جودة، ويكاد يكون من المستحيل تعديل النماذج، كما أن عددًا من الوظائف المهمة مفقودة. إما أن تقوم بتثبيت Mechanical Desktop، أو التبديل إلى برامج CAD الثقيلة.

تجدر الإشارة على الفور إلى أن تثبيت نفس سطح المكتب الميكانيكي لا يلغي مطالبات المصمم، لأنها تتعلق بالنمذجة ثلاثية الأبعاد بشكل عام. لهذا السبب لاحظنا في إحدى الشركات الصورة التالية: تم تثبيت MD وسط ضجة كبيرة، وبعد أسبوعين بالضبط تم هدمه بهدوء - لم يعجبني ذلك للأسباب المذكورة أعلاه.

ما يحدث؟ على الرغم من كل الجهود التي يبذلها المطورون، يبدو أن النمذجة ثلاثية الأبعاد تظل أداة محددة جدًا لحل المشكلات المعقدة حقًا، وقد قام المصمم العادي برسم الإسقاطات في AutoCAD الإصدار 10 وما زال يرسمها، الآن فقط في AutoCAD 2000. ولهذا يوجد على الأقل سبب موضوعي واحد لهذه الحالة. مع الاستخدام الواسع النطاق لمعدات CNC، يصبح إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد مرحلة متكاملة من إعداد الإنتاج - بعد كل شيء، يتم تطوير برنامج التحكم منه. للأسف، في ظروف الواقع الروسي، نادرا ما تستخدم المعدات الآلية، التي تتقادم ببطء وتتعطل، في الإنتاج الرئيسي، وقد انخفض إنتاج آلات CNC الجديدة إلى الصفر تقريبًا. يعد الافتقار إلى التكامل الكامل بين إعداد الإنتاج وعملية الإنتاج نفسها هو العامل الرئيسي الذي يحد من التحول الهائل من رسومات الإسقاط إلى نماذج المنتجات ثلاثية الأبعاد.

فلماذا نحتاج إلى "أوتوكاد" ثلاثي الأبعاد في الظروف الحالية؟ من المؤسف أن ندرك أن مثل هذه الأداة القوية لم تجد بعد الاستخدام المناسب في الصناعة، خاصة أنها مدمجة في النظام ومتاحة افتراضيًا لجميع مستخدمي AutoCAD بدءًا من الإصدار 12. أدت التأملات حول هذا الموضوع إلى صياغة فئة من مشاكل التصميم، والتي، من ناحية، يتم مواجهتها باستمرار في الهندسة الميكانيكية العامة، ومن ناحية أخرى، يتم حلها بشكل مثالي بواسطة أدوات AutoCAD ثلاثية الأبعاد. نحن نتحدث عن تصميم الآليات ذات عناصر المحاذاة الذاتية (MSE).

ربما تكون المشروعات متناهية الصغر والصغيرة موجودة في أي آلة أكثر أو أقل تعقيدًا، بغض النظر عن الغرض منها. في مثل هذه الآليات، لا تمتلك الأجزاء والتجمعات المتحركة محركًا خاصًا بها، ولكنها تتحرك تحت تأثير أجزاء التزاوج أو القوة المرنة للينابيع. يتضمن ذلك الأقفال، والمزالج، والمقابض، والمشابك - باختصار، كل تلك المجموعات من قطع الحديد المحملة بنابض والتي من المفترض أن تمسك بشيء ما وتمسك به. نراها كل يوم - على باب السيارة، في قفل الشقة، في أبواب المصعد المنزلقة - دون التفكير في تكلفة تصميم كل آلية من هذا القبيل.

إن مهمة تصميم المشروعات متناهية الصغر والصغيرة لا تحظى بإعجاب المصممين في المقام الأول بسبب عدم اليقين فيها. يمكن تغيير هندسة الأجزاء ضمن حدود واسعة، ولكن كيف يمكنك أن تعرف مسبقًا ما إذا كان التصميم سيؤدي جميع الحركات واللقطات المقصودة؟ للأسف، طريقة التحقق الأكثر استخدامًا حتى يومنا هذا هي الرسم اليدوي (!) لمواضع الأجزاء بخطوة معينة ثم تحليل الإطارات الناتجة.

لقد صدمنا مشهد مصمم من مصنع Tula Cartridge وهو يرسم 50 إطارًا بمقياس 10:1 على مدار أسبوع. تم تصميم MSE نموذجي - التقاط خط دوار أوتوماتيكي لإنتاج الرصاص الرياضي والصيد (الشكل 1). يتكون القابض من فكين محملين بنابض ودافع مثبت على الدوار في مقعد مزود بنابض. أثناء دورانها، تضغط قطعة عمل مستديرة موجودة على الدوار الآخر على الفك من الجانب، وتضغط على الدافع بالفكين، وتمر عبر المركز الميت، ثم تضغط على الفك إلى الجانب، وتذهب إلى الداخل وتستقر في مكانها مع الفك الثاني . إذا كانت قطعة العمل منحرفة وانحشر القابض، فقد تكون العواقب وخيمة للغاية - تصل القوة المؤثرة على الدوار إلى طنين (في ورشة العمل رأينا عمودًا دوارًا بسمك الذراع، ملتويًا إلى حلزوني نتيجة للتشويش) .

نظرًا لأن التغييرات المتكررة في المنتجات المصنعة، حتى في مثل هذا الإنتاج الضخم، أصبحت ضرورة ملحة، فقد وضعنا لأنفسنا مهمة أتمتة تصميم جدران الحماية باستخدام أداة الأتمتة المتوفرة في كل مؤسسة - AutoCAD 14. وبطبيعة الحال، كانت الفكرة الأولى هي اعرض سعة الاطلاع لدينا واعرض قطع القوالب من الورق المقوى وتتبعها (الخيار الأكثر تقدمًا هو تحريك إسقاطات محيط الأجزاء في محرر رسومات AutoCAD). تم رفض الفكرة لعدد من الأسباب: أولا، لم يكن من الممكن تحقيق الدقة المطلوبة (تم تصميم مقابض المعدات الصناعية بدقة 0.01 ملم)، ثانيا، لم يتم تقليل كثافة اليد العاملة كثيرا، ثالثا، الأجزاء الحقيقية لديها غالبًا ما لا يسمح ملف تعريف السُمك المعقد والقالب المسطح بمحاكاة حركتهم، وأخيرًا، الإجابة على السؤال الرئيسي ليست آلية بأي شكل من الأشكال: "هل ستتكدس أم لا؟" لاحظ أن السؤال "هل سيصمد أم لا؟" في هذه الحالة، اتضح أنه غير ذي صلة بسبب الكتلة المنخفضة لقطع العمل - كانت قوة الينابيع كافية للاحتفاظ بها باحتياطي.

تم رفض بناء نموذج رياضي للقابض وحساب مسار الأجزاء باستخدام أساليب الهندسة التحليلية والميكانيكا النظرية على الفور: هناك العديد من المتغيرات لتصميم القابض ذات أشكال هندسية مختلفة تمامًا للفك، وكل منها يتطلب نموذج منفصل. وكان تعقيد مثل هذا النموذج المرتبط بتعقيد هندسة المقبض (الشكل 2) يتجاوز الحدود المعقولة حتى بالنسبة للحالة المسطحة. ظلت المشكلة دون حل، واستمر المصممون في الانخراط في عمل سيزيفي حقيقي، ورسم الإطارات.

هذا هو المكان الذي أصبح فيه برنامج "AutoCAD" ثلاثي الأبعاد مفيدًا! نشأت الفكرة التالية: بحكم التعريف، في آلية المحاذاة الذاتية، تأخذ الأجزاء موضعًا أو آخر نتيجة الاتصال بأجزاء أخرى. وبالتالي، إذا تم نقل النموذج ثلاثي الأبعاد، واختيار موضعه الذي يلامس فيه الأسطح المتزاوجة، ويتم ذلك بخطوة معينة، فمن الممكن محاكاة تشغيل MSE بأي دقة مطلوبة. تم حل مشكلة "سواء كانت متكدسة أم لا" على الفور: في كل خطوة تحتاج إلى التحقق من عدد الأسطح التي تعتمد عليها قطعة العمل وما هو الحجم الإجمالي لرقعة التلامس (يمكن أن يكون لكل من الفكين وقطعة العمل تعقيد الملف الشخصي في المستوى الرأسي، وبالتالي فإن ارتفاع رقعة التلامس ليس متساويًا على الإطلاق مع ارتفاع الإسفنج). من خلال معرفة كتلة قطعة العمل وخشونة السطح ومعامل الاحتكاك، من السهل العثور على الحد الأدنى المطلوب من مساحة ملامستها للمشبك، مما يضمن عدم وجود تشوهات. كشرط إضافي، يمكنك تقديم شرط أن تكون قطعة العمل مبنية إما على سطحين بارتفاع كافٍ، أو على ثلاثة أسطح، وهو أمر يسهل أيضًا التحقق منه.

يعتمد الإجراء الفعلي لتتبع الاتصال بين نموذجين مصمتين على تشغيل تقاطعهما (أمر INTERSECT). إذا تم تشكيل جسم جديد نتيجة لهذه العملية، فسيتم تنفيذ التراجع، ويتم نقل الأجزاء بخطوة معينة وتكرر العملية. في هذه الحالة، يمكن، على سبيل المثال، تقسيم خطوة الحركة إلى النصف في كل مرة، مما يجعل من الممكن تحقيق أي دقة محددة لتحديد المواقع. باستخدام لغة الرياضيات، يمكننا القول أنه تم حل مشكلة تصغير حجم الجسم الذي هو تقاطع جسمين آخرين.

وبطبيعة الحال، يتم تنفيذ الإجراء بأكمله برمجيا. لقد استخدمنا AutoLISP، لكن Visual Basic وActiveX سيعملان أيضًا. بالنسبة لأولئك الفضوليين، إليك نص الدالة التي تتحقق من تقاطع كائنين ثلاثي الأبعاد:

(DEFUN checkint (e1 e2 / obj ret)

; التحقق من تقاطع الكائنات ثلاثية الأبعاد e1 وe2

; قيمة الإرجاع: T أو NIL

(الأمر "تراجع" "علامة" "تقاطع" e1 e2 "")

(SETQ obj (SSGET "X"))

(إذا (/= obj NIL)

(SETQ ret (NOT (AND (= (SSMEMB e1 obj) NIL)

(= (SSMEMB e2 obj) NIL))))

(الأمر "تراجع" "العودة")

الهدف من العمل:استكشف حزمة ملحق SimMechanics Simulink لنمذجة الأنظمة الميكانيكية. إتقان المبادئ الأساسية لإنشاء نماذج الأنظمة الميكانيكية.

الجزء النظري:

كقاعدة عامة، يمكن لكائنات النمذجة، بالإضافة إلى الأغراض العلمية البحتة، أن يكون لها أيضًا أهمية تطبيقية. لتصميم وتحليل الأنظمة الميكانيكية (على سبيل المثال، السلاسل الحركية المختلفة)، تم تطوير جهاز فيزيائي ورياضي خاص منذ فترة طويلة.

SimMechanics عبارة عن حزمة ملحقة لنظام Simulink للنمذجة الفيزيائية. هدفها هو التصميم الفني ونمذجة الأنظمة الميكانيكية (في إطار قوانين الميكانيكا النظرية). يسمح لك SimMechanics بمحاكاة الحركة الانتقالية والدورانية في ثلاث مستويات. يحتوي SimMechanics على مجموعة من الأدوات لتحديد معلمات الارتباط (الكتلة، لحظات القصور الذاتي، المعلمات الهندسية)، القيود الحركية، أنظمة الإحداثيات المحلية، طرق تحديد وقياس الحركات. يتيح لك SimMechanics إنشاء نماذج للأنظمة الميكانيكية بنفس طريقة نماذج Simulink الأخرى في شكل مخططات بيانية. تتيح لك أدوات تصور Simulink الإضافية المضمنة الحصول على صور مبسطة لآليات ثلاثية الأبعاد، ثابتة وديناميكية.

يمكن تمثيل أي آلية كمجموعة من الروابط والواجهات. على سبيل المثال، البندول الفيزيائي المرتبط بالصوت (انظر الشكل 1) عبارة عن اتصال متسلسل للعناصر التالية:

• الارتباط الثابت (الأرضي)؛
• مفصل مفصلي (يمنح الوصلة الأولى درجة واحدة من الحرية للتدوير حول المحور z)؛
• الرابط الأول (يتم تمثيل الرابط كجسم جامد مطلق)؛
• الاتصال المفصلي بين الوصلتين الأولى والثانية (يحد من درجات حرية الوصلة الثانية، مع ترك الدوران فقط في المستوى xy);
• الرابط الثاني.

أرز. 1- نموذج للبندول الفيزيائي ثنائي الوصلة

تم بناء نموذج Simulink لمثل هذه الآلية بتسلسل مماثل (انظر الشكل 2). العنصر الأولي للنموذج هو الرابط الأرضي. يتم إرفاق عنصر به - دائري (أي رفيق يسمح للرابط التالي بالتدوير فقط حول المحور المحدد - ض). بعد ذلك يأتي الارتباط الفعلي لجسم البندول المادي. كمعلمات لهذا الرابط، من الضروري الإشارة إلى كتلة الجسم، ولحظات القصور الذاتي بالنسبة إلى محاور التماثل المركزية الرئيسية، بالإضافة إلى إحداثيات الطرف العلوي والسفلي للرابط ومركز كتلته. في هذه الحالة، يمكن تحديد الإحداثيات في نظام الإحداثيات العالمي (GCS) وفي نظام الإحداثيات المحلي (LCS) للارتباط.

وبالمثل، يتم ربط الوصلة الثانية، Body 1، بالوصلة الأولى عبر المفصل المفصلي Revolute 1.

لكي تبدأ روابط الآلية المصممة في التحرك، من الضروري إما إضافة قوة دافعة أو ضبط الشروط الأولية (على سبيل المثال، الانحراف الأولي أو الإشارة إلى السرعة الأولية). لتنفيذ هذا الأخير، يتم استخدام كتلة الشرط الأولي.

أرز. 2، أ

أرز. 2، ب

أرز. 2 - نموذج سيمولينك للبندول الفيزيائي ثنائي الوصلة (أ) ونموذج محاكاة الحركة (ب)

يعرض نموذج المحاكاة روابط متذبذبة حسب قوانين الميكانيكا الكلاسيكية (فيزياء الحالة الصلبة). يتم أيضًا عرض أنظمة الإحداثيات المحلية (LCS) للارتباطات هناك.

إن مسألة اختيار نظام إحداثيات واحد أو آخر (CS) مهمة جدًا. الاختيار الصحيح لـ SC يسهل إلى حد كبير نمذجة الآلية وتفسير النتائج.

عند نمذجة هذه الآلية، تم استخدام SCs التالية (الشكل 3).

يقع نظام الإحداثيات العالمي الثابت GSK Global عند نقطة تقاطع الوصلة الثابتة مع الوصلة العلوية (ركبة البندول). يمكنك ضبط إحداثيات نقاط الوصلة العلوية للبندول بطرق مختلفة، بما في ذلك ببساطة عن طريق إدراج قيمها في GSK. ومع ذلك، هذا ليس مناسبًا دائمًا.

يتزاوج الطرف العلوي للوصلة الأولى مع الوصلة الثابتة، وبالتالي تتطابق إحداثياتها مع بداية GSK. من السهل حقًا تعيين إحداثياتها على أنها عالمية. دع الرابط يكون طوله لوالتماثل فيما يتعلق بـ GCOI. من الملائم ضبط موضع مركز الكتلة (CM) للرابط ليس في GSK، ولكن في LCS المنشأ حديثًا، حيث يكون أصل الإحداثيات هو الطرف العلوي للرابط، أي. في LSK CS1. ثم يمكن تحديد إحداثيات CM كـ CS1. وبالمثل، يمكن تحديد الطرف السفلي للارتباط في LCS CS1.

على الرغم من أن بداية LCS CS1 تتزامن مع بداية GCS العالمية، إلا أنه يجب أن نأخذ في الاعتبار أن LCS CS1 ينتمي إلى الرابط العلوي، مما يعني أنه يمكن أن يدور بالنسبة للنقطة العالمية. نظام الإحداثيات العالمي GSK Global ثابت دائمًا. قد لا تتزامن بدايتها مع نقطة التزاوج للوصلة الثابتة (خاصة عند وجود عدة روابط ثابتة في الآلية).

أرز. 3- الأنظمة الإحداثية للبندول الفيزيائي ذي الوصلتين

بالإضافة إلى الملاحظة البصرية المجانية (عند تحديد الظروف الأولية) أو القسرية (عند تطبيق قوة خارجية)، يمكنك تحليل قوانين الحركة لأي نقطة في الآلية. للقيام بذلك، عند تحديد إحداثيات الروابط، تحتاج إلى الإشارة إلى إحداثيات نقطة الاهتمام وتوصيل كتلة المستشعر بمخرج كتلة Simulink المقابلة.

يمكن لأجهزة الاستشعار تسجيل الاهتزازات الزاوية والخطية والحركة والسرعة والتسارع. عادةً ما يتم توجيه الإخراج من المستشعر إلى كتلة راسم الذبذبات (انظر الشكل 4).

أرز. 4 ا

أرز. 4، ب

أرز. 4- نموذج للبندول الفيزيائي ذو الوصلتين (أ) لدراسة قوانين حركة حلقاته (ب)

أمر العمل: أسئلة التحكم:

1. مكتبات حزمة SimMechanics.
2. مميزات نمذجة محاكاة الآليات الحركية في Simulink.
3. أنظمة التنسيق العالمية والمحلية للآليات.
4. وضع قوانين الحركة لروابط الآليات ودراستها.

محتويات التقرير:

يجب أن يحتوي التقرير المرحلي على المعلومات التالية.

1. اسم العمل المخبري والغرض منه.
2. خلفية نظرية موجزة عن نمذجة الأنظمة الميكانيكية.
3. النموذج النهائي لآلية الكرنك.
4. الرسوم البيانية لحركة الروابط أو الاصحاب.
5. نموذج محاكاة للآلية الموضحة في الشكل. 10.

الأدب:

1. أرتوبوليفسكي آي. نظرية الآليات. م: ناوكا، 1965. - 776 ص.
2. دياكونوف ف.ب. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 في الرياضيات والنمذجة. دليل المستخدم الكامل. م.: سولون برس. - 2003. - 576 ص.
3. المواد المعروضة على الموقع www.exponenta.ru
4. نظام مساعدة MATLAB

1 على الرغم من أن النمذجة الفيزيائية (بالمعنى التقليدي) تعني إنشاء بعض التناظرية الفيزيائية - نموذج لكائن ما، إلا أن هذه الفكرة تتغير إلى حد ما مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر. في الوقت نفسه، يُفهم النمذجة الفيزيائية على أنها تعايش بين النمذجة الرياضية وتصميم كائن يخضع للمبادئ الفيزيائية الأساسية (على سبيل المثال، قوانين الميكانيكا الكلاسيكية).

2 وهذا القول صحيح بالعكس، أي. ولا تقع GSK عند نقطة التزاوج للوصلة الثابتة، ولكن الوصلة الثابتة تقع في GSK عند النقطة العالمية.