Wetenschappelijk forum dxdy. Simulatie van fysieke processen

Met 3D-modelleringssoftware kunt u sommige van uw ideeën omzetten in prachtige modellen en prototypes die u vervolgens voor verschillende doeleinden kunt gebruiken. Met deze tools kunt u vanaf het begin modellen maken, ongeacht het ervaringsniveau. Sommige 3D-editors zijn vrij eenvoudig, zodat zelfs een beginner ze in korte tijd onder de knie kan krijgen. Tegenwoordig worden 3D-modellen gebruikt in een groot aantal verschillende gebieden: bioscoop, computerspellen, interieurontwerp, architectuur en nog veel meer.

De keuze van de optimale simulatiesoftware is vaak moeilijk, omdat het niet eenvoudig is om een ​​programma te vinden dat over alle benodigde functionaliteit beschikt. FreelanceToday biedt u 20 gratis 3D-modelleringssoftware.

Daz Studio is krachtige maar volledig gratis 3D-modelleringssoftware. Dit wil niet zeggen dat dit een gemakkelijk te leren tool is - beginners zullen de mogelijkheden van het programma lang moeten bestuderen. De makers van het programma zorgden voor de gebruikerservaring, maar het gemak van Daz Studio zal niet direct op prijs worden gesteld. Een van de kenmerken van het programma is het creëren van GPU-versnelde 3D-beelden tijdens het renderen, wat het mogelijk maakt om zeer realistische modellen te creëren. Ook in Daz Studio is er ondersteuning voor het maken van scènes en functionaliteit voor het animeren van modellen.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X

Gratis 3D-modelleringssoftware OpenSCAD is ontworpen voor serieus ontwerp (industrieel ontwerp, interieurs, architectuur). De artistieke aspecten van de makers van het programma waren veel minder geïnteresseerd. In tegenstelling tot andere programma's van dit soort, is OpenSCAD geen interactief hulpmiddel - het is een 3D-compiler die projectdetails in 3D weergeeft.

Beschikbaar voor: Vensters | OS X | linux

AutoDesk 123D is een grote verzameling van verschillende CAD- en 3D-modelleringstools. Met het programma kunt u bijna elk 3D-model ontwerpen, maken en visualiseren. AutoDesk ondersteunt ook 3D-printtechnologie. De hoofdsite van AutoDesk 123D heeft verschillende satellieten waar je veel interessante gratis 3D-modellen kunt vinden om mee te spelen of gewoon voor persoonlijk gebruik.

Beschikbaar voor: Vensters | OS X | iOS |

Met Meshmixer 3.0 kunt u 3D-structuren ontwerpen en visualiseren door twee of meer modellen in slechts een paar eenvoudige stappen te combineren. Het programma heeft hiervoor een handige "knip-en-plak"-functie, dat wil zeggen dat u de benodigde onderdelen uit het model kunt knippen en in een ander model kunt plakken. Het programma ondersteunt zelfs beeldhouwen - de gebruiker kan een virtuele sculptuur maken en het oppervlak op dezelfde manier vormgeven en verfijnen alsof hij een model uit klei zou boetseren. En dit alles in realtime! Het programma ondersteunt 3D-printen, de afgewerkte modellen zijn volledig geoptimaliseerd voor verzending naar de printer.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X

3DReshaper is een betaalbare en gebruiksvriendelijke 3D-modelleringssoftware. Het programma kan op verschillende gebieden worden gebruikt, zoals kunst, mijnbouw, civiele techniek of scheepsbouw. 3DReshaper wordt geleverd met ondersteuning voor verschillende scenario's en texturen en heeft veel handige tools en functies die het proces van 3D-modellering gemakkelijker maken.

Beschikbaarvoor: ramen

Het gratis 3D Crafter-programma is ontworpen voor realtime 3D-modellering en het maken van animaties. Het belangrijkste kenmerk van deze editor is een intuïtieve drag-and-drop-aanpak. Complexe modellen kunnen worden gebouwd met eenvoudige vormen en het programma ondersteunt beeldhouwen en 3D-printen. Dit is een van de handigste tools voor het maken van animaties.

Beschikbaarvoor: ramen

PTC Creo is een uitgebreid systeem dat speciaal is ontworpen voor ingenieurs die werkzaam zijn op het gebied van werktuigbouwkunde, maar ook voor ontwerpers en technologen. Het programma zal ook nuttig zijn voor ontwerpers die producten maken met behulp van computerondersteunde ontwerpmethoden. Met directe modellering kunt u ontwerpen maken van bestaande tekeningen of de software gebruiken om nieuwe ideeën te visualiseren. Wijzigingen in de geometrie van een object kunnen zeer snel worden doorgevoerd, wat het werkproces aanzienlijk versnelt. Het programma is, in tegenstelling tot de vorige, betaald, maar er is een proefversie van 30 dagen en een gratis versie voor docenten en studenten.

Beschikbaarvoor: ramen

De gratis software LeoCAD is een computerondersteund ontwerpsysteem voor virtuele LEGO-modellen. Er zijn versies voor Windows, Mac OS en Linux. Het programma kan een goed alternatief zijn voor Lego Digital Designer (LDD), omdat het een eenvoudige interface heeft, keyframes ondersteunt en in animatiemodus werkt. Het is animatie-ondersteuning die LeoCAD onderscheidt van andere programma's met een vergelijkbaar plan.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X | linux

VUE Pioneer helpt je een 3D-model te maken om het landschap te visualiseren. De software kan handig zijn voor gevorderde gebruikers die op zoek zijn naar handige renderingtools. Met Pioneer kun je verbluffende 3D-landschappen creëren met een groot aantal presets en directe toegang tot Cornucopia 3D-content. Met behulp van het programma kun je veel lichteffecten creëren.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X

Netfabb is niet alleen een programma voor het bekijken van interactieve 3D-scènes, het kan ook worden gebruikt om 3D-modellen te analyseren, bewerken en wijzigen. Het programma ondersteunt 3D-printen en is qua installatie en gebruik de lichtste en eenvoudigste tool.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X | linux

Het gratis NaroCad is een compleet en uitbreidbaar CAD-systeem op basis van OpenCascade-technologie dat draait op Windows- en Linux-platforms. Het programma heeft alle benodigde functionaliteit, er is ondersteuning voor basis- en geavanceerde 3D-modelleringsbewerkingen. De functies van het programma kunnen worden uitgebreid met plug-ins en software-interface.

Beschikbaarvoor: Vensters | linux

Met LEGO Digital Designer kun je 3D-modellen bouwen met behulp van virtuele stenen (blokken) van de LEGO-constructeur. Het resultaat kan worden geëxporteerd naar verschillende formaten en blijven werken in andere 3D-editors.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X

Het gratis ZCAD-programma kan worden gebruikt om 2D- en 3D-tekeningen te maken. De editor ondersteunt verschillende platforms en biedt geweldige kijkhoeken. De aanwezigheid van veel handige hulpmiddelen stelt u in staat om de meeste problemen op te lossen die verband houden met het modelleren van driedimensionale objecten. De gebruikersinterface van het programma is eenvoudig en duidelijk, wat het tekenproces aanzienlijk vergemakkelijkt. Het voltooide project kan worden opgeslagen in AutoCAD en andere populaire 3D-formaten.

Beschikbaarvoor: Vensters | linux

De gratis versie van Houdini FX, Houdini Apprentice, is bedoeld voor studenten, kunstenaars en hobbyisten die niet-commerciële 3D-modelprojecten maken. Het programma heeft een ietwat ingekorte, maar tegelijkertijd vrij brede functionaliteit en een zorgvuldig doordachte gebruikersinterface. De nadelen van de gratis versie zijn onder meer het watermerk dat wordt weergegeven op de 3D-visualisatie.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X | linux

Met de ontwerpwerkbladtoepassing kunt u vrij gedetailleerde 3D-modellen maken. De makers van het programma zorgden voor de functies waarmee u probleemgebieden kunt elimineren door het bestaande ontwerp te wijzigen en toe te voegen. Ook met DesignSpark kun je snel het concept van een 3D-product veranderen. Het programma ondersteunt directe modelleringstechnieken en 3D-printen van modellen.

Beschikbaarvoor: ramen

FreeCAD is een parametrische 3D-modeler die is ontworpen om echte objecten van elke grootte te maken. De gebruiker kan het ontwerp eenvoudig wijzigen met behulp van de geschiedenis van het model en het wijzigen van individuele parameters. Het programma is multiplatform, kan verschillende bestandsformaten lezen en schrijven. Met FreeCAD kunt u uw eigen modules maken en deze vervolgens gebruiken voor verder werk.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X | linux

Het gratis Sculptris-programma opent een venster in de spannende wereld van 3D voor gebruikers. Sculptris-functies zijn eenvoudige navigatie en gebruiksgemak. Het programma is gemakkelijk onder de knie te krijgen, zelfs voor een beginner die geen ervaring heeft met digitale kunst of 3D-modellering. Het werkproces is zo ontworpen dat u geometrie kunt vergeten en gewoon een model kunt maken, terwijl u zorgvuldig computerbronnen verbruikt.

Beschikbaar voor: Vensters | linux

MeshMagic kan worden gebruikt om bestanden in 3D weer te geven, maar ook om 2D-objecten te maken of naar 3D te converteren. De software heeft een intuïtieve interface en kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan taken op te lossen. Mesh Magic ondersteunt momenteel alleen Windows. Het resultaat wordt opgeslagen in het populaire STL-formaat, dat kan worden geopend en bewerkt in de meeste online en offline 3D-modelleringstools.

Beschikbaarvoor: ramen

Open Cascade is een softwareontwikkelingskit voor het maken van 3D-CAD-gerelateerde applicaties. Het bevat speciale, door de gemeenschap ontwikkelde C++-klassebibliotheken die kunnen worden gebruikt voor modellering, visualisatie en gegevensuitwisseling, evenals voor snelle applicatie-ontwikkeling.

Beschikbaarvoor: Vensters | OS X | linux

Een zeer vermakelijk programma waarmee je met simpele muisbewegingen allerlei mechanische systemen en situaties in een tweedimensionale ruimte kunt simuleren.

Shakespeare zei ooit: "De hele wereld is een theater, en de mensen erin zijn acteurs." Dit is als we uitgaan van de positie van de artistieke manier van denken. Als je de wereld vanuit een wetenschappelijk oogpunt bekijkt, dan kun je de grote toneelschrijver parafraseren: "De hele wereld is de natuur, en mensen zijn daarin objecten" :). En hoe zit het met de natuur? Ja, ondanks het feit dat in het Grieks "natuur" "physis" zal zijn, en vandaar de naam van de belangrijkste wetenschap van alle dingen - "fysica".

Fysieke verschijnselen omringen ons vanaf de vroege kinderjaren, en vroeg of laat heeft elk kind een verscheidenheid aan vragen: "Waarom schijnt de zon? Waarom regent het? Waarom valt een boterham altijd op de grond en hangt hij niet in de lucht? :)". En naarmate het kind ouder wordt en probeert antwoorden op deze vragen te krijgen, leert het door de methode van "wetenschappelijke por" de wereld om hem heen en de wetten van zijn bestaan. Maar dergelijke experimenten eindigen niet altijd pijnloos.

Het is om veilig te zijn, voor het kind en voor de wereld om hem heen :), om elk fysiek proces te simuleren, raad ik aan het programma te gebruiken Phuna.

De momenteel beschikbare versie 5.28 is een behoorlijk mooi ontworpen mechanische simulatieomgeving. Ondanks de schijnbare frivoliteit (het programma is ontworpen in de vorm van een kindertekening), Phuna- imiteert heel aannemelijk echte fysieke omstandigheden (u kunt situaties simuleren in anti-zwaartekrachtomstandigheden, in lucht en luchtloze ruimte, enz.).

Phun mechanische simulatiesoftware installeren

Maar over alles op zijn beurt. Nu zullen we het programma installeren en proberen ermee om te gaan. Download hiervoor de installatiedistributie Phuna, voer het installatieprogramma uit en wacht tot alles is geïnstalleerd :). Ik reserveer meteen, heb je een oude computer met een nogal zwakke videokaart, dan Phuna in dit geval zal het merkbaar vertragen. Hoewel ondersteuning (zij het een eerdere versie 4) van videokaarten met 32 ​​MB geheugen is aangegeven, bleef het programma op mijn computer met 128 MB soms behoorlijk hangen. Ik denk dat de beste optie rond de 256 MB zou zijn.

Terwijl we aan het praten waren Phuna reeds geïnstalleerd en enthousiast om te draaien. Ik weet niet of dit een bug in het programma is of een jamb met mijn systeem in het bijzonder, maar toen ik ermee instemde het programma onmiddellijk na de installatie te starten, vloekte het me en weigerde te starten. Ik moest het handmatig starten (het begon zonder problemen :)).

Russificatie van het programma

Voor ons is het programmavenster met een welkomstproject:

Het standaardprogramma is Engels, maar de Russische lokalisatie verscheen in de vijfde versie. Naar Russify Phuna, ga naar het menu "Bestand" en in paragraaf "Taal wijzigen" kies een optie "Russisch". Klaar!

Nu we te maken hebben met de Russische versie, overweeg dan: controles programma.

Programma-interface:

Helemaal bovenaan zie je een enigszins gestileerde, maar bekend bij andere toepassingen menubalk.

Menu "Bestand" stelt u in staat om de scène voor het project aan te passen (opslaan, wissen), een nieuwe scène laden of maken, de taal wijzigen, de weergave wijzigen, controleren op updates, extra scènes downloaden of de volledige versie kopen (hoewel waarom, als de gratis versie is genoeg).

Menu "Hulpmiddelen", "Controle" en kunt u de bijbehorende programmatabbladen verbergen of weergeven.

Hier zijn alle apparaten verzameld waarmee we de objecten zullen maken die we nodig hebben voor het experiment. Het hele paneel is verdeeld in drie zones: in de eerste zone, gereedschappen voor het verplaatsen van objecten, in de tweede - om te tekenen en in de derde - voor het invoegen van mechanismen. Laten we ze in volgorde bekijken.

eerste paneel opent de tool "In beweging", waarmee we alle objecten in de horizontale en verticale vlakken kunnen verplaatsen. Hulpmiddel "Hand" dient ook om te bewegen, maar het kan zijn functie vervullen in een reeds lopend experiment. Hulpmiddel "Rotatie" nodig om objecten rond hun zwaartepunt of montage te draaien. Hulpmiddel "Schaal" stelt u in staat om het formaat van elk object te wijzigen. "Mes"- ontworpen om elk object in delen te verdelen, en het werkt zowel in de experimentvoorbereidingsmodus als in de afspeelmodus.

V tekenpanelen eerste instrument - "Veelhoek". Hiermee kun je elke vorm uit de vrije hand of zelfs veelhoek tekenen (houd hiervoor de Shift-toets ingedrukt om een ​​rechte lijn te tekenen). Hulpmiddel "Kwast" stelt u in staat om alle lijnen, vormen en objecten handmatig te tekenen. "Rechthoek" helpt ons om een ​​duidelijke rechthoek of vierkant te tekenen (ook Shift ingedrukt houden), en met de tool "Een cirkel" Je kunt altijd een even cirkel tekenen. Vervolgens komen er drie gespecialiseerde tools "Uitrusting", "Vlak" en "Keten". Ze maken allemaal hun objecten dienovereenkomstig.

derde paneel ook ontworpen om bijzondere objecten te creëren met hun eigen fysieke kenmerken. Hier zijn de tools "Lente", "Bevestiging", "As" en "Spoor". Het doel van de eerste drie hoeft volgens mij niet te worden uitgelegd, en de laatste dient om het traagheidsspoor weer te geven van de beweging van een object waaraan het gereedschap is bevestigd (zie het voorbeeld van de cycloïde).

Hier zien we iets vergelijkbaars met het controlepaneel van een standaardspeler. Er zijn knoppen hier achteruit(ongedaan maken/opnieuw doen) en "Speel"(respectievelijk het experiment uitvoeren).

De volgende is de zoomschuifregelaar en twee navigatieknoppen. Inschalen Phuna kan op drie manieren worden gewijzigd: door de schuifregelaar te verplaatsen, de linkermuisknop op de knop (+/-) ingedrukt te houden of met het muiswiel wanneer deze zich boven het experimentveld bevindt. De pijlknop wordt gebruikt om door het werkveld te bewegen. Houd het ingedrukt en beweeg de muis terwijl je het ingedrukt houdt. Al is het naar mijn mening handiger om hetzelfde te doen door de muisknop ergens op het werkveld ingedrukt te houden.

De laatste twee knoppen op het bedieningspaneel worden gebruikt om gewichtloosheid en luchtloze ruimte te creëren. Standaard komt de zwaartekracht overeen met de huidige waarde van 9,8 m / s 2 en de luchtweerstandskracht - 1. Maar deze waarden kunnen gemakkelijk worden gewijzigd in "Instellingen" in het submenu "Simulator". Daar kun je ook de simulatiesnelheid instellen (standaard is dat 1).

Voordat u begint met het maken van uw eigen scènes, moet u nog een belangrijk bedieningsdetail overwegen: contextmenu.

V Phuna het contextmenu is altijd voor u zichtbaar en u kunt de eigenschappen van elk object eenvoudig in realtime wijzigen. In zijn meest algemene vorm wordt het contextmenu weergegeven voor de werkruimte. Hier kunnen we het uiterlijk van de scène aanpassen, een van de kant-en-klare objecten toevoegen om uit te kiezen en de achtergrondkleur wijzigen.

Voor elk nieuw object worden de functies uitgebreid, aangevuld met zoals klonen, acties, materiaalkeuze, contouraanpassing, enz.

We zijn nu klaar om mee te werken Phuna, en om te beginnen stel ik voor om een ​​klein experiment uit te voeren om te controleren of het werkt in het programma wet van de zwaartekracht.

Eerste experiment

Om dit te doen, het menu "Bestand" Kiezen "Nieuwe fase" en teken een horizontaal vlak (0°). Nu gaan we op dezelfde hoogte twee grotere en kleinere lichamen ophangen (voor de lol heb ik een kleine bal van metaal gemaakt en een grote van glas).

Alles is klaar voor het experiment, het blijft alleen om op "Start!" te drukken. Zoals je kunt zien, vlogen beide lichamen met dezelfde snelheid naar beneden. Het enige nadeel was dat de glazen bol niet brak: ((het bleek onnatuurlijk). Anders gedroegen de lichamen zich zoals hun echte tegenhangers zouden moeten hebben.

Complexere manipulaties met lichamen en vloeistoffen

Laten we het experiment ingewikkelder maken door water toe te voegen in plaats van een vast oppervlak waarop de lichamen landen.

Laten we twee pilaren (rechthoeken) plaatsen en ze stevig bevestigen. Dit wordt onze watertank. Laten we er nu water in gieten. Om water te maken, volstaat het om een ​​groot object tussen de pilaren te tekenen en vervolgens in het contextmenu te selecteren "Acties" paragraaf "Draai naar water".

Klaar! U kunt het experiment uitvoeren.

Voltooide scènes

De beoordeling van het programma zou onvolledig zijn als ik dat niet vermeldde voor Phuna er zijn veel kant-en-klare scènes. Verschillende van hen zijn beschikbaar als u op het menu klikt "Bestand" knop "Open Podium". Als dit niet genoeg voor je is, kun je altijd nog duizenden andere downloaden van internet. Genoeg op hetzelfde menu "Bestand" selecteer item "Download meer scènes".

Ik wens je creatief succes en altijd succesvolle experimenten :)!

PS Dit artikel is bedoeld voor gratis verspreiding. Het is welkom om het te kopiëren met behoud van auteurschap Ruslan Tertyshny en alle P.S. en P.S.

P.S. Als je dit programma leuk vond, raad ik je aan om aandacht te besteden aan een ander, niet minder interessant programma. Programma Begin van elektronica kunt u echte processen simuleren in een verscheidenheid aan elektrische circuits die u maakt!

Volodya schreef:

Ik probeerde de proefversie van Matlab/Simulink + SimMechanics te downloaden, maar op de website van de ontwikkelaars zeiden ze na het invullen van de formulieren dat ze me zouden toestaan ​​om het te downloaden als ze zelf een wens hadden, dan zouden ze contact opnemen.

Ja. Ze laten je meestal SimMechanics downloaden als je al een Matlab-licentie hebt...

Als je van mech-mat komt, dan is de kans groot dat er Matlab-studentenlicenties zijn. Feit is dat Matlab, ik ben zo vrij om dit te zeggen, tegenwoordig het meest voorkomende en universele softwarepakket voor toegepaste wiskunde is, zowel in de academische omgeving als in de productie (bijvoorbeeld in onze fabriek). SimMechanics is een zogenaamde toolbox - een uitbreiding van de kernel over een specifiek onderwerp. Naast mechanica zijn er een 20-tal toolboxen voor bijvoorbeeld signaalverwerking, statistiek, optimalisatie, enz. Elke toolbox is uitgerust met een standaard grafische interface waarmee u met de muis een model van de gewenste architectuur kunt maken. U moet namelijk de benodigde iconen van de gebruikte objecten naar het werkveld slepen en de "input" en "output" van de objecten bepalen. Elk van de gereedschapskisten kan als optie worden gekocht, afhankelijk van de specifieke behoeften.

Eerlijk gezegd merk ik op dat SimMechanics een relatief nieuwe toolbox is (het verscheen voor het eerst ongeveer 3 jaar geleden), dat wil zeggen dat het hoogstwaarschijnlijk niet zo'n stabiliteit heeft als bijvoorbeeld Simulink, dat al een hele "eeuwigheid" bestaat .

Persoonlijk gebruik ik Matlab in 2 situaties. Ten eerste, als je een nieuw algoritme of nieuwe methode moet testen, dan kun je met Matlab zonder al te veel poespas in C-stijl programmeren. Bovendien zijn geoptimaliseerde vectorbewerkingen (BLAS), lineaire algebra (LAPACK) en een zeer geavanceerde visualisatie-interface voor 2-3D-diagrammen in het pakket ingebouwd. Ten tweede, wanneer het nodig is om verschillende wiskundige functies in ons programma te gebruiken, stelt de compiler (dit is een soort Matlab Compiler-toolbox) u in staat om de Matlab-programmabestanden (m-bestanden) in DLL's te compileren. Mathworks staat derden toe om deze DLL gratis te gebruiken (geen extra licentie vereist).

Als het Matlab-programma met toolboxen nodig is voor niet-commerciële doeleinden, dan kan ik zien dat deze software heel gebruikelijk is onder particuliere gebruikers in Rusland, d.w.z. het is relatief eenvoudig te verwerven.

Volodya schreef:

Op de website van de ontwikkelaars van ITI-SIM + SimulationX 2.0 vond ik geen links om de proefversie te downloaden.

Ik heb bewust een link gegeven, want. het is een goedkoper alternatief voor ADAMS. Als u echter, zoals in het begin werd geschreven, de botsingen van lichamen met een complexe vorm wilt berekenen, weet ik niet zeker of ITI-SIM of Matlab zal helpen. Op zichzelf is een 3D-impactmodel een hele aparte complexe wetenschap.

Volodya schreef:

Bijvoorbeeld, gegeven een reeks deeltjes, in de vorm van punten in een driedimensionale ruimte, een vast lichaam. Elk deeltje heeft een massa, een snelheidsvector. Klopt het dat de snelheidsvectoren van alle deeltjes van één absoluut star lichaam evenwijdig zijn?

Nee want het lichaam kan draaien, de momentane rotatie-as...

Theoretisch gedeelte:

In de regel kan het modelleren van objecten, naast puur wetenschappelijke doeleinden, ook een toegepaste waarde hebben. Voor het ontwerp en de analyse van mechanische systemen (bijvoorbeeld verschillende kinematische ketens) is al lang een speciaal fysiek en wiskundig apparaat ontwikkeld.

SimMechanics is een Simulink-systeemuitbreidingspakket voor fysieke simulatie. Het doel is het technisch ontwerpen en modelleren van mechanische systemen (binnen het kader van de wetten van de theoretische mechanica). Met SimMechanics kunt u translatie- en rotatiebewegingen in drie vlakken simuleren. SimMechanics bevat een set tools voor het specificeren van linkparameters (massa, traagheidsmomenten, geometrische parameters), kinematische beperkingen, lokale coördinatensystemen, methoden voor het specificeren en meten van bewegingen. Met SimMechanics kunt u modellen van mechanische systemen maken zoals andere Simulink-modellen in de vorm van blokdiagrammen. Ingebouwde aanvullende Simulink-visualisatietools stellen u in staat vereenvoudigde afbeeldingen van driedimensionale mechanismen te verkrijgen, zowel in statische als in dynamiek.

Elk mechanisme kan worden weergegeven als een reeks koppelingen en vervoegingen. Een geluidgebonden fysieke slinger (zie Fig. 1) is bijvoorbeeld een serieschakeling van de volgende elementen:

• vaste verbinding (aarde);
• zwenken (waardoor de 1e schakel één vrijheidsgraad roteert rond de z-as);
• de eerste schakel (de schakel wordt weergegeven als een absoluut star lichaam);
• scharnierende verbinding tussen de 1e en 2e schakel (beperkt de vrijheidsgraden van de 2e schakel, waardoor er ook alleen een rotatie in het vlak overblijft xy);
• tweede koppeling.

Rijst. 1 - Model van een fysieke slinger met twee schakels

Evenzo is de tweede Body 1-schakel via de Revolute 1-wartel aan de eerste schakel bevestigd.

Om ervoor te zorgen dat de schakels van het ontworpen mechanisme in beweging komen, is het noodzakelijk om een ​​drijvende kracht toe te voegen of de beginvoorwaarden in te stellen (bijvoorbeeld de aanvankelijke afwijking of de beginsnelheid te melden). Om dit laatste te implementeren, wordt het blok Beginvoorwaarde gebruikt.

Rijst. 2,a

Rijst. 2b

Rijst. 2 - Simulink-model van een fysieke slinger met twee schakels (a) en bewegingssimulatiemodel (b)

De kwestie van het kiezen van een of ander coördinatensysteem (CS) is erg belangrijk. De juiste keuze van SC vergemakkelijkt de modellering van het mechanisme en de interpretatie van de resultaten aanzienlijk.

Bij het modelleren van dit mechanisme werden de volgende SC's gebruikt (Fig. 3).

Het vaste globale coördinatensysteem GSK Global bevindt zich op het knooppunt van de vaste schakel met de bovenste schakel (pendelknie). U kunt de coördinaten van de punten van de bovenste schakel van de slinger op verschillende manieren instellen, inclusief het eenvoudig vermelden van hun waarden in de HCS. Dit is echter niet altijd handig.

Het bovenste uiteinde van de eerste schakel is gekoppeld aan de vaste schakel en daarom vallen de coördinaten ervan samen met het begin van de HCS. De coördinaten zijn heel eenvoudig in te stellen als Globaal. Laat de link een lengte hebben L en symmetrie met betrekking tot de GTsOI. De positie van het zwaartepunt (CM) van de link wordt handig niet in de HCS ingesteld, maar in de nieuw gecreëerde LCS, waar de oorsprong het bovenste uiteinde van de link is, d.w.z. in LCS CS1. Dan kunnen de CM-coördinaten worden ingesteld als CS1. Op dezelfde manier kan het onderste uiteinde van de link worden gespecificeerd in de LCS CS1 .

Ondanks dat het begin van de LCS CS1 samenvalt met het begin van de Global HCS, moet er rekening mee worden gehouden dat de LCS CS1 tot de bovenste schakel behoort, wat betekent dat deze kan draaien ten opzichte van het Globale punt. Het globale coördinatensysteem van de GCS Global staat altijd vast. Het begin mag niet samenvallen met het knooppunt van de vaste schakel (vooral wanneer er meerdere vaste schakels in het mechanisme zijn).

Rijst. 3 - Coördinatenstelsels van een fysieke slinger met twee schakels

Sensoren kunnen zowel hoek- als lineaire trillingen registreren, zowel verplaatsing als snelheid en versnelling. De uitvoer van de sensor wordt meestal uitgevoerd naar de Scope-oscilloscoopeenheid (zie Fig. 4).

Rijst. 4a

Rijst. 4b

Rijst. 4 - Model van een fysieke slinger met twee schakels (a) voor het bestuderen van de bewegingswetten van zijn schakels (b)

1. Bibliotheken van het SimMechanics-pakket.
2. Kenmerken van simulatiemodellering van kinematische mechanismen in Simulink.
3. Globale en lokale coördinatenstelsels van mechanismen.
4. Het instellen van de bewegingswetten voor de schakels van mechanismen en hun studie.

Het voortgangsrapport dient de volgende informatie te bevatten.

1. Naam van het laboratorium en het doel ervan.
2. Korte theoretische achtergrond over het modelleren van mechanische systemen.
3. Het definitieve model van het krukmechanisme.
4. Grafieken van de beweging van links of partners.
5. Het simulatiemodel van het mechanisme gepresenteerd in Fig. 10.

1. Artobolevsky II Theorie van mechanismen. M.: Nauka, 1965. - 776 d.
2. Djakonov V.P. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 in wiskunde en modellering. Volledige gebruikershandleiding. Moskou: SOLON-Pers. - 2003. - 576 d.
3. Materiaal gepresenteerd op de site www.exponenta.ru
4. MATLAB-helpsysteem

2 Deze bewering is eerder waar, vice versa, d.w.z. niet de HCS bevindt zich op het knooppunt van de vaste link, maar de vaste link bevindt zich in de HCS op het Globale punt.

De presentatie geeft voorbeelden van het gebruik van het Universal Mechanism-softwarepakket voor het berekenen van PBS-analyse.

Computersimulatie van de interactie van rollend materieel, spoor en elastische fundering

De module UM Flexible Railway Track is een aanvulling op de UM Loco-module (module voor het modelleren van de dynamiek van spoorvoertuigen) en stelt je in staat om de interactie van rollend materieel met de spoorstructuur te onderzoeken bij het beschrijven van deze laatste met gedetailleerde ruimtelijke modellen. Om het "wiel-rail" contact te simuleren, wordt een speciaal model van contactkrachten gebruikt, gebaseerd op de virtuele interpenetratie van de wiel- en railprofielen. Om de basis van het pad (brug, viaduct, tunnel, enz.) te beschrijven, kunnen eindige-elementenmodellen worden gebruikt die zijn geïmporteerd uit FEM-pakketten (ANSYS, MSC.NASTRAN).

Computersimulatie van de interactie van spoorvoertuigen en bruggen

Een techniek voor computersimulatie van de interactie tussen een spoorbrug en een trein wordt gepresenteerd.

Formele symbolische beschrijving van mechanische systemen

Voor een willekeurig mechanisch systeem wordt een formele symbolische beschrijving geïntroduceerd.

Snelle algoritmen voor het oplossen van het wiel-spoorcontactprobleem bij problemen bij het modelleren van de dynamiek van railvoertuigen

De presentatie beschrijft een non-iteratiemodel voor het berekenen van de normaalkracht in het wiel-railcontact, gebaseerd op de toestand van niet-penetratie van het initiële contactpunt. De gepresenteerde algoritmen zijn geïmplementeerd in het softwarepakket voor het modelleren van de dynamiek van systemen van lichamen "Universal Mechanism".

Gezamenlijke modellering van slijtageprocessen en accumulatie van contact-vermoeidheidsschade in spoorwielen

De presentatie behandelt algoritmen voor gezamenlijke computermodellering van slijtageprocessen en de accumulatie van contactmoeheidsschade in de wielen van rollend spoorwegmaterieel, geïmplementeerd in het Universal Mechanism-softwarepakket.

De dynamiek van een elastische spoorbaan modelleren

Een benadering voor het modelleren van de dynamiek van een elastische spoorbaan wordt beschreven. De aanpak omvat het modelleren van de rails met een Timoshenko-balk en de dwarsliggers met massieve lichamen of Euler-Bernoulli-balken.

Simulatie van de dynamiek van rupsvoertuigen in realtime

Er is een non-traagheidsrupsmodel ontwikkeld waarmee de dynamiek van rupsvoertuigen in realtime kan worden gesimuleerd. Het model is ontworpen om rekening te houden met de mogelijke beweging van een rupsvoertuig op een zeer oneffen oppervlak, zoals een industrieel of stedelijk landschap.

UM VBI: gebruikerservaring

Over UM Lite

Universal Mechanism Lite is een apart product van het Computational Mechanics Laboratory. Het is een vereenvoudigde versie van het hoofdprogramma en is ontworpen voor een breed scala aan gebruikers: studenten, afgestudeerde studenten en universiteitsprofessoren, ontwerpingenieurs, maar ook gewoon fans van mechanica. Voor meer informatie over de programmalijn van het Laboratorium, zie .

Het programma is ontworpen om de dynamiek en kinematica van vlakke en ruimtelijke mechanische systemen te simuleren. Het schema van het programma is als volgt. Ten eerste beschrijft de onderzoeker een mechanisch systeem als een systeem van lichamen verbonden door scharnieren en dragende elementen. Verder bouwt het programma automatisch de bewegingsvergelijkingen van het systeem en lost ze numeriek op in het tijd- of frequentiedomein.

Tijdens de numerieke oplossing wordt directe animatie van de beweging van het model ondersteund. Tijdens het rekenproces zijn bijna alle benodigde grootheden beschikbaar voor analyse: coördinaten, snelheden, versnellingen, reactiekrachten in scharnieren, krachten in veren, enz.

Gegevensimport uit de volgende CAD-programma's wordt ondersteund: KOMPAS-3D, SolidWorks en Autodesk Inventor. UM Lite kan dus worden beschouwd als een goedkope toepassing voor het analyseren van de kinematica en dynamiek van systemen die zijn ontworpen in de bovengenoemde CAD-programma's. Zie voor meer informatie over het importeren van gegevens uit externe programma's.

Het UM Lite-programma biedt de gebruiker een set tools voor het creëren van een dynamisch object - een systeem van lichamen - en de daaropvolgende analyse van zijn dynamische, kinematische en statische eigenschappen.

Inmiddels is er een groot aantal softwareproducten ontwikkeld die de gebruiker volop mogelijkheden bieden op dit gebied. De makers van UM Lite realiseerden zich het belang en de complexiteit van de problemen die gepaard gaan met het modelleren van de dynamiek van lichaamssystemen en streefden de volgende doelen na.

- Vereenvoudig het proces van het maken van dynamische modellen en hun numerieke analyse door het modelleren van de dynamiek van lichaamssystemen toegankelijk te maken voor een breed scala aan onderzoeksingenieurs en ontwerpers.

Minimaliseer de ontwikkelingskosten, waardoor het een massaal softwareproduct wordt.

De massagebruiker voorbereiden op het gebruik van meer complexe en functioneel complete programma's, waaronder het UM-programma.

Een gedetailleerde vergelijking van de functionaliteit van UM en UM Lite wordt overwogen

Het programma heeft een interface en gebruikershandleiding in het Russisch en Engels.

* Persoonlijke en universitaire licenties zijn alleen voor niet-commercieel gebruik en voorzien in het gebruik van het programma voor wetenschappelijke en educatieve doeleinden. Deze licenties verbieden het gebruik van het programma voor winst.