Pro/MECHANICA: Motion Analysis

Pro/MECHANICA: Motion Analysis

Version 2001

Глава 1 - Введение в Pro/MECHANICA Motion

Упражнение 1a - Полёт пушечного ядра

Цель

После завершения этого упражнения Вы будете способны:

Настраивать модели движения

Выполнять анализ движения

Сравнивать результат Motion с ручным вычислением

В этом упражнении Вы будете работать с показанной на рисунке 1–17 моделью.

Рисунок 1-17

Сфера в этой модели представляет собой стальной шар, который будет выстелен из орудия с начальной скоростью 100 [дюйм/сек] горизонтально и вертикально. Шар будет лететь под углом 45°. Вы будете использовать Motion для вычисления расстояния, которое шар пролетит, и выполните простое ручное вычисление для проверки этих результатов. Сопротивление воздуха и ветер будут приняты незначительными.

Задание 1: Открытие сборки assembly ball_vel.asm.

По умолчанию в сборке совмещается система координат компонента с системой координат сборки.

1. Измените рабочую директорию на ball_vel.

2. Откройте ball_vel.asm. Сборка содержит ball.prt, сферическое вытягивание, которая была размещёна в сборке в позиции по умолчанию.

3. Включите в дереве модели отображение компонентов. Нажмите иконку , если дерево модели не отображено.

4. Выберите View, Model Tree Setup, Item Display.

5. В столбце Display включите опцию Features.

Если конструктивные элементы не выделяются, выберите View, Model Tree Setup, Highlight Model.

6. Дерево модели теперь отображает пять конструктивных элементов, принадлежащих сборке. Последний конструктивный элемент - APNT0, который может быть выделен на модели выбором его в дереве модели.

7. Разверните ball.prt, щёлкнув по значку (+) рядом с названием детали в дереве модели. Базовая точка, PNT0, также была добавлена к этой модели. Эти базовые точки будут использованы для соединения шара с землёй в сборке движения.

Рисунок 1-18

Задание 2: Перенос сборки в Pro/MECHANICA Motion.

1. Выберите Applications, Mechanica.

2. Появляется окно Units Info, показанное на рисунке 1–19. Обратите внимание на единицы сборки по умолчанию: Inch, Lbf, Seconds (IPS). Являются ли они единицами Pro/ENGINEER по умолчанию, если нет, то чем они отличаются? Нажмите кнопку .

Рисунок 1-19

3. Выберите Motion из меню MECHANICA. Обратите внимание на дополнительную локальную систему координат (LCS), мировую систему координат (WCS) и точку земли, показанные на рисунке 1–20.

Локальная система

координат (LCS)

Мировая система

координат (WCS)

Точка земли

Рисунок 1-20

4. Отображение LCS и точки земли может контролироваться выбором View, Simulation Display, Visibilities с помощью флажков в диалоговом окне Simulation Display. Отображение WCS может управляться иконкой на панели инструментов Pro/ENGINEER. Настройте отображение так, чтобы была видима только точка земли.

Задание 3: Определение свойств материала.

1. Выберите Model, Property, Material. Открывается диалоговое окно Materials, как показано на рисунке 1–21.

Рисунок 1-21

2. Пролистайте колонку Materials in Library и выберите STEEL.

3. Нажмите кнопку , чтобы добавить материал к сборке.

4. Нажмите кнопку и выберите Part из раскрывающегося меню.

5. Выберите ball.prt, затем Done Sel.

6. Нажмите кнопку в диалоговом окне Materials, выберите Done/Return из меню PROPERTY.

Задание 4: Определение соединений на модели.

Связи (соединения) используются для соединения компонентов модели движения. Они определяют точки соприкосновения между двумя моделями и говорят Motion, как эти модели взаимодействуют в течение анализа. В этом примере мы хотим, чтобы шар моделировался относительно земли. При выстреле из орудия в идеальных условиях, ядро перемещается в одной плоскости вверх и прочь от орудия. Это может быть представлено планарной связью осей соединения.

1. Выберите Connections из меню MOTN MODEL. Затем выберите Joints, Create.

Для выбора этих точек Вы будете использовать опцию Query Select.

2. Ось соединения всегда определяется выбором базовой точки на каждом теле. Если тело земли включено в ось соединения, оно должно всегда выбираться первым. Выберите APNT0, принадлежащую сборке.

3. Затем выберите PNT0, принадлежащую ball.prt. Открывается форма Create Joint, показанная на рисунке 1–22.

Рисунок 1-22

4. Введите [planar] в качестве названия соединения.

5. Включите кнопку Planar и нажмите кнопку . На модели появляется планарное соединение, как показано на рисунке 1–23.

Ориентация планарного соединения корректна?

Рисунок 1-23

Задание 5: Определение нагрузки от силы тяжести.

1. Выберите Loads из меню MOTN MODEL. Затем выберите Create,Gravity. Открывается окно Edit Gravity Load Vector in WCS.

2. Заполните форму, показанную на рисунке 1–24, и нажмите кнопку . Нагрузка от силы тяжести не имеет символа в Motion.

Какие единицы использованы для нагрузки от силы тяжести? Является ли численное значение корректным?

Рисунок 1-24

Задание 6: Определение начальных условий для осей соединения.

Начальные условия определяют положение и скорость оси соединения в начале анализа. Ядро будет выстелено с начальной скоростью в 100 [дюйм/сек] в обоих, x- и y-, направлениях.

1. Выберите Init Conds из меню MOTN MODEL, затем выберите Create, Joint Axis.

2. Выберите ось x- планарного соединения, как показано на рисунке 1–25.

Рисунок 1-25

3. Появляется окно Initial Conditions for Joint Axis, показанное на рисунке 1–26. Ядро начинает движение в позиции (0, 0) с начальной скоростью 100 [дюйм/сек]. Выберите кнопку Required для Initial Position.

Рисунок 1-26

4. Введите [100] в поле Initial Velocity и выберите кнопку Required.

5. Открывается форма, показанная на рисунке 1–27. Нажмите кнопку .

Рисунок 1-27

6. Повторите шаги со 2 по 5 для определения тех же самых начальных условий для оси y- планарного соединения.

7. Выберите Done/Return, Done/Return.

Задание 7: Выполнение анализа сборки.

1. Анализ сборки соединит модель и будет гарантировать, что она была определена должным образом. Выберите Run. Открывается диалоговое окно Run, как показано на рисунке 1-28.

Рисунок 1-28

2. Выберите из списка Assembly и нажмите кнопку .

Окно сообщений перечислит каждый шаг анализа по мере их выполнения. Обратите внимание на различия шагов анализа. Система сначала соединяется с модулем Pro/MECHANICA Motion. Затем она создаёт и компилирует уравнения движения для сборки движения. Затем она связывается с имитатором, чтобы выполнить требуемый анализ.

Рисунок 1-29

3. После завершения анализа появляется окно Question, показанное на рисунке 1–30. Это указывает, что анализ выполнен успешно. Так как базовые точки ядра и земли были одна на другой, никакое перерасположение не потребовалось. Если бы две эти базовые точки были бы смещены друг от друга, анализ соединил бы их вместе. Нажмите кнопку .

Рисунок 1-30

Задание 8: Определение анализа движения.

1. Выберите Analyses. Открывается диалоговое окно Analyses, как показано на рисунке 1-31.

Рисунок 1-31

2. Выберите Motion из раскрывающегося меню New Analysis и нажмите кнопку . Открывается форма Motion Analysis Definition, как показано на рисунке 1-32.

Рисунок 1-32

Анализ Motion определен в терминах Продолжительности и Возрастания. Результаты анализа движения будут рассчитаны при каждом инкременте, пока не будет достигнуто время продолжительности. Сколько времени потребуется ядру, чтобы вернуться к X = 0? Давайте сделаем некоторые быстрые ручные вычисления, чтобы узнать это. Время полета ядра может быть определено по следующему уравнению:

где:

• v_yf = Конечная скорость в направлении y- = -100 [дюйм/сек]

• v_yf = Начальная скорость в направлении y- = -100 [дюйм/сек]

• a_y = Ускорение в направлении y- = сила тяжести = -386.4 [дюйм/сек2]

• t = время в секундах.

Решением Вы получите время:

Потребуется приблизительно 0.518 секунды до столкновения ядра с землёй. Давайте также вычислим горизонтальное расстояние, которое преодолеет ядро:

где:

• x = Расстояние в направлении x-

• v_yf = Начальная скорость в направлении x- = 100 [дюйм/сек]

• t = время = 0.518 секунды

• a_y = Ускорение в направлении x- = 0 [дюйм/сек2]

Решением для x Вы получите:

Ядро преодолеет 51.8 дюймов, прежде чем столкнётся с землёй. Поэтому, чтобы захватывать движение ядра, анализ должен длиться по крайней мере 0.518 секунды и быть в состоянии делать вычисление за 0.518 секунды:

3. Назовите анализ [Cannon_Ball].

4. Для Duration введите [0.6].

5. Для Increment введите [0.002].

6. Убедитесь, что открылась форма, показанная на рисунке 1–33. Нажмите кнопки и .

Рисунок 1-33

Задание 9: Выполнение анализа Cannon_Ball.

1. Нажмите на панели инструментов иконку и выберите сохранённый вид CANNON.

2. Выберите Run.

3. Выберите Cannon_Ball и нажмите кнопку . По мере выполнения анализа, ядро будет перемещаться по экрану в позицию, близкую к Y = 0. Если Вы испытываете какие-либо проблемы с анализом, обратитесь к инструктору.

Задание 10: Результаты анализа Cannon_Ball.

1. После успешного завершения анализа выберите Results,Graph, Jt Axis Position.

2. Выберите ось y- планарного соединения, как показано на рисунке 1-34.

Рисунок 1-34

3. Выберите Done Sel. Диаграмма выглядит как показано на рисунке 1-35.

Рисунок 1-35

Сегментируйте диаграмму в двух точках с обеих сторон позиции = 0.

4. Выберите Utilities, Seg Graph из раскрывающегося меню и выберите две точки в области, показанной на рисунке 1–35. Сегментированная диаграмма показана на рисунке 1–36.

Рисунок 1-36

5. Выберите Utilities, Point Query и выберите точку вблизи позиции оси = 0. Запрос показывает величину времени 0.518, как показано на рисунке 1-37. Это идентично нашим вычислениям.

Рисунок 1-37

6. Щёлкните средней кнопкой мышки и выберите Done/Return, Done/Return для закрытия диаграммы и возврата в меню MOT RESULTS.

7. Выберите Query, Joint Axis и выберите ось x- планарного соединения. Открывается окно Query Joint Axis Results.

8. Введите [0.518] в поле времени и нажмите кнопку . Позиция для этого времени равна 51.8, как показано на рисунке 1–38. Это значения опять совпадает с нашими вычислениями.

Рисунок 1-38

9. Закройте окно Query.

10. Сохраните модель. Закройте окно и удалите модель из памяти.

Contents

Main Paige