如何在Simulink中确定接触力的刚度和阻尼参数?金宝app

106次浏览(最近30天)
MathWorks学生竞赛团队
MathWorks学生竞赛团队 2020年4月9日
使用Simscape Multibody中的空间接触力块将接触物理添加到我的模型中。如何确定阻尼和刚度系数的合适值?

答案(1)

MathWorks学生竞赛团队
MathWorks学生竞赛团队 2020年4月9日
编辑:MathWorks学生竞赛团队 2020年4月22日
这些系数对于你试图建模的类型接触是非常重要的。这些参数通常来自测试或仅为模拟而调整。然而,这里有一些指导方针,可以帮助你根据所涉及的物体的质量和预期的结果做出一个良好的初步猜测。
首先要注意以下几点:
  • 当谈到刚度和阻尼时,并不总是越多越好。为这些参数设置超过必要的值会严重影响模拟的速度。
  • 如果物体在视觉上通过彼此,那么刚度集可能不够。
  • 以下建议适用于单个接触点,但您可以根据刚体上有多少接触点活动来缩放系数和分配必要的接触力。
那么我怎样才能找到有效的值呢?
  • 简化你的应用到弹簧-质量-阻尼系统,以计算必要的刚度,以防止物体相互穿透。
硬度-静态保持
  • 刚度的定义是k=F/d,其中d是位移。在这种情况下,d是我们期望的两个物体之间的最大穿透距离。如果我们试图计算支撑受重力影响的物体的必要接触刚度,那么k=m*g/d (k=m*a/d,其中唯一的加速度源是重力)。
  • 例:我们有一个重力为2kg的物体,放在一个静止的地板上。我们不希望尸体的穿透深度超过0.01米。在重力的作用下,这个物体应该能固定住而不会掉下去。
  • 对模拟速度的影响:如果模拟速度是优先考虑的,考虑放松你对穿透距离的要求。这可能会帮助您的模拟运行得更快。
刚度-动态碰撞
  • 如果你预期你的物体会发生多次碰撞或反弹,那么你应该考虑评估碰撞的自然振荡频率。Wn =√k /米)
  • 从固有频率你可以推导出物体弹跳的周期。
  • 模拟逼真度:如果你的振荡周期非常小,你应该确保使用适当的求解器设置。如果您使用的是固定步长求解器,请确保步长小于碰撞的振荡周期。通过奈奎斯特频率可能是捕捉基本动态的良好开端。
阻尼:
  • 阻尼是能量耗散,它依赖于物体的速度。
  • 注意,由于能量耗散是基于速度,阻尼的影响耦合到接触刚度。
  • 物体动力学的阻尼效应与随时间变化的参数有关,如所期望的穿透的振荡和稳定时间。
  • 如果两个物体本应接触并固定,但却在反弹。碰撞是欠阻尼的.这意味着它们之间的阻尼系数太低,如果阻尼系数太高,这意味着没有柔度,或者系统是过阻尼它们第一次碰撞所需的能量非常高。
  • 实用的方法:一个好的建议是,从阻尼值小于设定的刚度(10到100倍)的一个或两个数量级开始,并通过使用空间接触力块的额外输出来感知分离距离进行调整。
  • 临界阻尼:对于更确定的方法,尝试将碰撞设置为临界阻尼,以获得最快的解决时间。你可以使用阻尼比方程c/m = 2*zeta*Wn,其中c是阻尼系数,m是质量,Wn是上面定义的固有频率,zeta是阻尼比。对于临界阻尼,= 1,即c = 2*m*根号k/m = 2*根号k*m。
  • 对模拟速度的影响:捕捉高冲击过阻尼碰撞的动力学可能需要小的求解步骤,并可能严重影响您的模拟速度。如果仿真速度是优先考虑的,考虑进一步调整阻尼系数。
最后,除非您想复制碰撞动力学,否则您可以单独探索初始参数估计,基于弹簧-质量-阻尼系统近似使用附加的模型。

下载188bet金宝搏


释放

R2019b

社区寻宝

在MATLAB中心找到宝藏,并发现社区如何可以帮助你!

开始狩猎!