今天,我很荣幸介绍我的同事塞巴斯蒂安·卡斯特罗作为客人的博客。他将一个共享“接触建模概论”。塞巴斯蒂安,舞台是你的!

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在这篇文章中,我将讨论模拟机械接触模型®,Simscape™,和Simscape多体™。金宝app

动机

建模机械接触能有用的构建逼真的模拟各种工程领域,包括

• 机械系统:轮式机器人,行走机器人,机器人触手
• 汽车系统:Tire-ground交互、悬挂和动力传动系统组件
• 工业自动化系统:机器人夹持器(再一次),组装线组件(如输送带、滚筒和其他机制

接触力学建模

接触力是固体相互作用的结果。在模拟近似接触行为,我们使用接触模型。

接触力的两个主要成分可分为

• 正常的力量:推动物体碰撞时彼此远离。顾名思义,这些力量是正常的(s)的联系。
• 摩擦力量:防止接触的物体完全互相滑动。这些力量沿着接触表面行为,和相关的平滑或粗糙表面接触。

正常的力量可以被建模的几种方法,包括

• Impulse-based:这是一次性的事件,发生在两个物体发生碰撞。在碰撞之前,每个对象有一定的动量(质量*速度或其等效转动)。在碰撞之后,每个对象的大小和方向的动量会改变的基础上类型的碰撞;例如,弹性与非弹性。这种方法效果最好在模型对象不频繁进出接触。

• 部队:正常的力量应用于对象基于力学定律。一个常见的方法是应用惩罚力;例如,治疗接触表面弹簧和阻尼器,其系数近似现实世界的行为。惩罚部队允许对象重叠,可以近似的变形(或)“压扁”这些对象时发生碰撞。与impulse-based方法不同的是,部队碰撞可能需要多个模拟时间步达到稳态。

• 运动约束:在这里,我们假设对象总是接触的,所以我们不必担心碰撞动力学。举个例子,如果我们假设一个轮子总是在地面上,我们不需要模型正常的力量;我们只需要将车轮的转动摩擦模型的线性运动。

摩擦力量通常由力法与两个截然不同的区域。

• 静态摩擦代表一个静止的物体所需的初始力开始滑动沿着其接触表面。
• 动摩擦代表一个物体的阻力时沿着它的接触表面。

摩擦力曲线可以用方程表示,或者直接使用曲线查找表中的数据。

接触模型®金宝app

金宝app仿真软件®可以图形化地实现方程。机械系统动力学可以使用微分方程建模,通常与与有关积分器块。这是由于牛顿的2^nd法律(力=质量*加速度)。加速度计算速度可以集成一次,再一次计算的位置。

实现部队接触和摩擦力量,您可以使用块代表力法数学运算或直接将摩擦曲线表示为查找表。这些部队可以总结和传递到集成块如下所示。

1 d接触Simscape™

Simscape™扩展模型®建模1 金宝appd物理网络(电气、流体、机械等)没有推导运动方程。每一个机械Simscape™组件是实现通过建立速度和力/力矩之间的关系,所以您可以实现1 d部队接触Simscape™。

如Simscape™内置的块平移摩擦和平移硬停块为接触建模提供一个很好的起点。如果你想实现一个不同的正常或摩擦力,您可以查看源代码的Simscape™块和定制他们的方程——或者你可以从头开始创建您自己的组件。

三维接触Simscape多体™

您可以使用Simscape多体模型三维刚体系统™。有两种类型的接触,你可以用这些模型实现。

如果你连接1 d联系成一个更大的3 d模型,例如,执行机构限制或摩擦,可以使用Simscape多体™多重物理量图书馆帮助你连接一个人转动或移动关节块上述努力阻止和摩擦块。

其他,你可以实现一个更通用的(2 d或3 d)惩罚力的关系

1. 测量两个物体之间的相对运动(将传感器)
2. “做数学”与仿真软件®块金宝app
3. 应用产生的接触力/力矩对象联系(外力+转矩)

的Simscape多体™接触力库已经实现了这些力量对某些基本形状、球体、飞机、和管。我强烈建议使用这个图书馆的一个起点,如果你需要实现不同的东西你可以定制这些块。

结论

我们只是覆盖了几种模型机械接触模型®,Simscape™,和Simscape多体™。金宝app总而言之,

• 金宝app仿真软件®是最灵活的工具,允许您实现impulse-based和部队接触。然而,您需要获得所有的运动方程。
• Simscape™让你模型1 d机制没有推导运动方程,并包含基本块(可定制)代表正常和摩擦接触力。
• Simscape多体™让你模型三维刚体系统没有推导运动方程。
  • 的Simscape多体™多重物理量图书馆帮助你接口单独旋转或平移自由度1 d Simscape™块。
  • 的Simscape多体™接触力库包含块2 d或3 d之间的接触力简单的形状。

有关更多信息,看这个博客的视频。你也可以下载示例模型文件交换。

你计划,或工作,模拟机械接触吗?你有任何评论或库的方法在这篇文章我们分享吗?我们收到你感兴趣。

——塞巴斯蒂安