CC BY
175
Общая и прикладная механика Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (2), с. 283-284
УДК 531.58
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ РОБОТОВ И МАШИН В СРЕДЕ MATLAB ПО 3Б-МОДЕЛИ САПР PRO/ENGINEER ИЛИ SOLIDWORKS
© 2011 г. В.М. Понятский
Тульский госуниверситет Конструкторское бюро приборостроения, Тула
pwmru@rambler. ru
Поступила в редакцию 15.06.2011
Предложен модельно-ориентированный подход, основанный на трансляции 3D-модели механической системы САПР Pro/Engineer или SolidWorks в среду Matlab и исследовании полученной динамической модели. Рассматривается применение предложенного подхода для решения различных задач.
Ключевые слова: механическая система, 3D-модель, трансляция, исследование, динамика, динамическая модель.
В настоящее время для моделирования механических систем используются и успешно эксплуатируются системы автоматизированного проектирования (CAD) SolidWorks [1] и Pro/ Engineer, а также система математического моделирования (CAE) MatLab [2].
Пакет SolidWorks, равно как и пакет Pro/ Engineer, обеспечивает высокую эффективность и качество разработки твердотельных моделей деталей и узлов. SolidWorks позволяет проектировать конструкторские модели (при номинальных параметрах), тогда как Pro/Engineer позволяет создавать не только конструкторскую, но и технологическую модель с учетом допусков.
Пакет MatLab расширяет возможности САПР SolidWorks и Pro/Engineer в части динамического моделирования SD-моделей.
Трансляция SD-модели в среду MatLab осуществляется при помощи встроенного в CAD-систему транслятора в два этапа: экспорт 3D-модели из Pro/Engineer или SolidWorks в xml-файл данных, импорт xml-файла данных в среду MatLab (рис. 1).
Рис. 1
В процессе трансляции геометрической 3D-модели в динамическую модель осуществляется преобразование сопряжений между геометрическими деталями в степени свободы между телами. Полученную динамическую модель в среде Matlab дорабатывают в соответствии с поставленной задачей исследования в части реализации управляющих воздействий, обеспечения взаимодействий между деталями, регистрации результатов моделирования [3]. Моделирование в среде Matlab может проводиться в режимах прямой динамики (forvard dynamics) и обратной динамики (inverse dynamics). В режиме прямой динамики задаются управляющие воздействия (силы, моменты), а измеряются выходные параметры движения: величины линейных и угловых перемещений, скорости, ускорения. В режиме обратной динамики исходными являются перемещения тел, а в результате решения определяются силы (моменты), обеспечивающие заданные перемещения.
Рассмотрена задача анализа динамики вылета гильзы. Исходная 3 D-модель исследуемого механизма приведена на рис. 2.
После трансляции 3D-модели в среду Matlab в полученной динамической модели проведены следующие доработки: смоделировано движение гильзы в стволе до удара (гильза в зацеплении с выбрасывателем, плунжером и остовом затвора с заданной степенью свободы -поступательное движение вдоль ствола) за счет воспроизведения воздействия на гильзу от пороховых газов; смоделирован удар гильзы об упор с воспроизведением всех действующих сил и моментов при их взаимодействии; смодели-
ровано свободное движение гильзы в пространстве после удара за счет отключения силы, реализующей зацепление гильзы с выбрасывателем, плунжером и остовом затвора; визуализация результатов (координат, сил и моментов) осуществляется при помощи добавленных виртуальных осциллографов. Кроме того, разработана подсистема, управляющая заданием сил взаимодействия гильзы с выбрасывателем и упором. С помощью элемента Lookup Table имитируется воздействие силы давления пороховых газов на дно гильзы во время выстрела.
Рис. 2
В момент, когда гильза ударяется об упор, ее продолжает тянуть назад выбрасыватель и создает крутящий момент для гильзы. Гильза меняет траекторию и вылетает в боковое отверстие (рис. 3).
В разработанной динамической модели обеспечено движение гильзы во взаимодействии с элементами механизма до удара и свободное движение ее в пространстве после удара.
Использование предложенного подхода позволяет на этапе проектирования механических систем снизить материальные затраты на их производство.
Рис. 3
Список литературы
1. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: Пакеты Signal Processing Tools, Control Toolbox и Simulink с библиотеками Aerospace, Sim-PowerSystems, SimMechanics: Уч. пособие. СПб.: Питер, 2005. 512 с.
2. Алямовский А.А. SolidWorks / COSMOSWorks 2006 / 2007. Инженерный анализ методом конечных элементов. М.: ДМК, 2007. 764 с.
3. Понятский В.М., Колесников Г.И., Федорище-ва В.Г. Методика исследования ударных нагрузок конструкторских проектов САПР SolidWorks в среде имитационного моделирования MATLAB // «Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта» CAD/CAM/PDM-2008: Труды VIII междунар. конф. 21-23 октября 2008 г. М.: ИПУ 2008. С. 160-163.
RESEARCH OF THE DYNAMICS OF ROBOTS AND CARS IN THE ENVIRONMENT OF MATLAB USING THE 3D-MODEL OF CAD PRO/ENGINEER OR SOLIDWORKS
V.M. Ponyatskiy
A model-oriented approach based on translating a 3D-model of a mechanical system of CAD Pro/Engineer or SolidWorks into Matlab environment and analyzing the obtained dynamic model. Application of the presented approach for the analyzing various problems is considered.
Keywords: mechanical system, 3D-model, translation, research, dynamics, dynamic model.
