2.3 Основные этапы моделирования

Схематично процесс моделирования в EULER можно разделить на шесть этапов (рисунок 1).

Этап 1. Исходная система.

Определяется объект анализа, выполняемого с помощью EULER. Таким объектом служит техническая или иная структура, которую можно представить в виде ММС.

Этап 2. Формирование исходных данных и концепции модели.

Прежде всего, пользователь должен решить, из каких звеньев будет состоять модель исходной механической системы и какими шарнирами эти звенья соединяются. Звенья - это тела, из которых образуется механическая система. Шарнир, или кинематический узел, представляет собой подвижное соединение нескольких звеньев.

В представленной версии EULER звенья могут быть только жесткими телами. Если при исследовании необходимо учесть возможность деформации некоторой целостной конструкции, например, крыла самолета или рамы автомобиля, то эту конструкцию следует разделить на звенья. Звенья, в общем случае, могут связываться шарнирами и силовыми элементами.

Типы шарниров в модели должны быть выбраны так, чтобы они обеспечивали все необходимые движения тел в исходной системе.

Далее для формирования идеализированной модели необходимо выделить все активные силы, влияющие на движение исходной системы. Все активные силы должны быть описаны в модели в виде силовых элементов. И для них необходимо подготовить соответствующие исходные данные.

При моделировании некоторых механических систем иногда требуется организовать управление ими в процессе движения. Для моделирования каналов управления в EULER должны быть созданы датчики, приводы и программные движения. Датчики применяются для формирования и преобразования сигналов управления. Приводы создают управляющие силовые воздействия в модели механической системы. Программные движения используются для описания движения модели системы. Они, к примеру, могут определять изменение одного датчика в зависимости от другого в соответствии с заданной функцией – программой движения.

Этап 3. Формирование геометрической модели.

На этом этапе начинается работа непосредственно в программном комплексе EULER. Геометрическая модель является основой построения динамической модели ММС. Геометрическая модель позволяет визуализировать механическую систему. По ней в EULER рассчитываются массово-инерционные характеристики частей системы. Геометрические объекты используются при задании кинематических связей, силовых воздействий и других объектов динамической модели системы. Для создания геометрической модели применяются следующие типы объектов: точка (point), вектор (vector), узел (node), плоскость (plane), линия (line), поверхность (surface), тело (solid).

Этап 4. Формирование динамической модели.

Возможность создания динамической модели ММС принципиально отличает EULER от систем автоматизированного проектирования, предназначенных для геометрического моделирования. Описание динамической модели производится в понятных инженерных терминах.

Для этого используются следующие типы объектов:

-звено (body);

-шарнир (joint);

-силовой элемент (force);

-привод (actuator);

-датчик (sensor);

-программное движение (motion);

-изменение механизма (reform);

-событие (event);

-условие состояния механизма (condition);

-гравитационное притяжение (gravity)

и другие типы объектов.

Рисунок 1

Разделение этапов 3 и 4 является условным. На самом деле, создание геометрических объектов может чередоваться с генерацией объектов динамического представления ММС.

Этап 5. Автоматическое формирование математической модели.

Формирование математической модели выполняется в EULER автоматически, без непосредственного участия пользователя.

Первоначально на этом этапе проводится топологический анализ структуры модели механической системы.

Далее генерируются системы уравнений, описывающих движение исследуемой системы. К этим уравнениям относятся:

• уравнения движения звеньев;

• уравнения кинематических связей системы (для замкнутых кинематических цепей);

• уравнения голономных и неголономных связей в шарнирах;

• уравнения программных движений (каналов управления).

Математическая модель представляет собой систему алгебраических и дифференциальных уравнений. Она формируется в нелинейной постановке с учетом больших перемещений звеньев. Для всех характеристик, описывающих поведение, управление и силовые воздействия в математической модели, учитывается их нелинейная природа.

Этап 6. Исследование системы.

Под исследованием ММС понимается проведение расчетов, необходимых пользователю. Во время исследований пользователь может наблюдать поведение механической системы в специальных интерфейсных окнах. В этих окнах выводится каркасное или реальное (с отсечением невидимых линий и полутоновой раскраской поверхностей) графическое представление системы. Одновременно с графическим представлением в окнах можно выводить графики и цифровые значения различных параметров движения механической системы. Для сохранения результатов исследования используются специальные файлы программного комплекса EULER, а также файлы различных форматов системы Windows. Кроме того, изображения внешнего вида ММС и графики можно печатать на принтере.