close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Методика исследования динамических процессов 3б - модели механизма стрелково-пушечного вооружения в среде MatLab..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып.11. Ч. 2
_________________________________________________________________________________________________________________
УДК 004.4
А.В. Осадчий, асп., 8 (953) 429-61-64, sander-dalahan@yandex.ru
(Россия, Тула, ТулГУ),
Н.Е. Стариков, д-р техн. наук, проф., starikov taii@mail.ru
(Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
3D-МОДЕЛИ МЕХАНИЗМА СТРЕЛКОВО-ПУШЕЧНОГО
ВООРУЖЕНИЯ В СРЕДЕ MATLAB
Рассмотрены возможности проектирования процессов, протекающих в
стрелковом оружии во время выстрела.
Ключевые слова: экспорт, импорт, трансляция, математическая модель, исследование, динамика.
Методика исследования механизмов стрелково-пушечного вооружения (СПВ) включает следующие этапы.
Этап 1. Получение из 3D-модели САПР SolidWorks и Pro/Engineer
исследуемого механизма математической модели в среде MatLab:
- экспорт 3D-модели в xml-файл данных;
- импорт xml-файла данных в среду MatLab.
Этап 2. Доработка полученной математической модели исследуемого механизма.
Этап 3. Исследование динамики механизма.
1.1. Получение из 3D-модели САПР SolidWorks и Pro/Engineer
исследуемого механизма математической модели в среде MatLab
Последовательность трансляции 3D-модели в среду MatLab
включает следующие процедуры:
- экспорт 3D-модели САПР SolidWorks и Pro/Engineer в xml-файл
данных (рис. 1);
- импорт xml-файла данных в среду MatLab (рис. 2).
Рис. 1. Экспорт 3D-модели из CAD-системы
Рис. 2. Импорт xml-файла данных в среду MatLab
204
Компьютерные технологии в исследовании, проектировании и производстве систем и комплексов
_________________________________________________________________________________________________________________
1.1.1. Экспорт 3D-модели в xml-файл данных
Для экспорта из CAD-систем SolidWorks или Pro/Engineer 3Dмодели механизма в CAE-систему MatLab необходимо сохранить сборку
3D-модели в формате xml. Для версий MatLab 2008b и старше вместе с
xml-файлом CAD-транслятор создаѐт stl-файлы, необходимые для визуализации модели в среде MatLab.
XML-файл – текстовый файл, в котором детали исходной сборки
механизма интерпретируются как тела, а сопряжения между ними – как
степени свободы.
STL-файлы, создаваемые в процессе трансляции, содержат описание геометрии деталей и могут быть получены старшими версиями CADтрансляторов, начиная с версии 3.0 (MatLab R2008b).
Экспорт 3D-модели может происходить как с раскрытием подсборок, так и без их раскрытия.
Если при экспорте 3D-модели детали, объединѐнные в подсборку,
интерпретируются в системе MatLab как одна деталь, – это экспорт 3Dмодели с нераскрытием подсборок.
Если при экспорте 3D-модели детали, объединѐнные в подсборку,
интерпретируются в системе MatLab как разные детали, – это экспорт 3Dмодели с раскрытием подсборок.
Сохранение 3D-модели в среде SolidWorks отличается от сохранения 3D-модели в среде Pro/Engineer.
Для сохранения 3D-модели в xml-файл данных в системе SolidWorks необходимо вызвать пункт меню «Файл» -> «Сохранить как» и выбрать расширение файла *.xml. На рис. 3 и 4 приведен пример сборки из
двух деталей – стойки и маятника, SolidWorks и полученной динамической
модели в среде MatLab.
Рис. 3. 3D-модель в SolidWorks
Рис. 4. Модель в MatLab
205
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып.11. Ч. 2
_________________________________________________________________________________________________________________
В Simulink-модели присутствуют обязательные блоки:
- RootGround (обозначает твѐрдое основание, например, землю);
- env (задаѐт параметры модели, такие как направление и величину
силы гравитации);
- RootPart (тело нулевой массы, необходимое для создания замкнутой системы). Модель содержит два тела Body (stoika-1 и swing-1) и три
типа соединений, задающие степени свободы между телами, Joint (Weld,
Weld1– жесткие соединения и Revolute – вращение).
Изменить настройки трансляции в системе SolidWorks можно двумя
способами. Первый способ позволяет изменять свойства трансляции из окна параметров CAD-транслятора (меню SimMechanics Link) (рис. 5). По
умолчанию в системе SolidWorks параметры настроены на раскрытие подсборок (опция «Решить свободно»)
Второй способ позволяет изменять свойства трансляции непосредственно в окне свойств компонента подсборки (рис. 6). Вкладка Solve SubAssemblies Using определяет, будет ли данная подсборка транслирована
как одна деталь (трансляция без раскрытия) или нет. Включѐнная опция
Flexible Settings определяет трансляцию с раскрытием подсборки. Опция
Component properties определяет трансляцию согласно настройкам системы SolidWorks (окно параметров CAD-транслятора). Вкладка Assembly Tolerances определяет точность, с которой все размеры подсборки будут учтены.
Рис. 5. Окно параметров
настройки трансляции
Рис. 6. Окно свойств компонента
сборки (подсборки)
В Pro/Engineer, чтобы транслировать сборку, необходимо сделать
следующие шаги.
1. Выбрать в меню “SimMechanics” пункт “Export xml”. Откроется
окно выбора папки (рис. 7) для сохранения будущего xml-файла.
2. После выбора папки в нижней части главного окна появится текстовое поле и две кнопки (рис. 8). Текстовое поле служит для ввода имени
206
Компьютерные технологии в исследовании, проектировании и производстве систем и комплексов
_________________________________________________________________________________________________________________
будущего xml-файла данных, а кнопки ”ok” и “cancel” - для подтверждения
или отклонения действия соответственно. В системе SolidWorks процесс
трансляции выглядит нагляднее и построен на интуитивно-понятном интерфейсе в отличие от того, как он реализуется в системе Pro/Engineer.
Рис. 7. Окно выбора папки
для сохранения xml-файла
Рис. 8. Сгенерированный xml-файл
данных
1.1.2. Импорт xml-файла данных в среду MatLab
Система MatLab на основе сгенерированного xml-файла данных
(рис. 8) строит динамическую модель.
Импорт xml-файла в среду MatLab осуществляется командой
import_physmod (в версиях MatLab до 2008a включительно), а начиная с
версии 2008b - командой mech_import.
В процессе трансляции могут возникать ошибки. CAD-транслятор
по каким-либо причинам может не распознать соединение деталей и воспринять его как жѐсткое соединение (Weld) – тогда вместе с xml-файлом
создаѐтся файл ошибок. В файле ошибок указываются тела и сопряжения
между ними, которые транслятор не смог правильно интерпретировать.
Для исправления ошибок можно либо заменить тип сопряжения в исходной сборке 3D-модели, либо заменить степени свободы между телами в
динамической модели в соответствии с задачей исследования.
Импорт xml-файла в среду MatLab, начиная с версии 2008b, возможен в разных режимах: создание новой модели; обновление существующей модели или обновление одной или нескольких подсистем в существующей модели (рис. 9).
207
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып.11. Ч. 2
_________________________________________________________________________________________________________________
Рис. 9. Чтение xml-файла системой MatLab
При импорте xml-файла данных необходимо, чтобы stl-файлы находились в той же папке.
Таким образом, на этом этапе происходит преобразование геометрии деталей и их сопряжений из 3D-моделей САПР SolidWorks или
Pro/Engineer в массоинерционные характеристики и степени свободы между телами динамической модели Matlab.
1.2 Доработка полученной математической модели исследуемого механизма
Полученная динамическая модель в MatLab содержит массоинерционные характеристики деталей и степени свободы между телами, но не
содержит действующих сил, и все необходимые силы необходимо моделировать в среде MatLab Simulink самостоятельно в соответствии с задачей
исследования.
Для исследования механической системы необходимо воспользоваться библиотекой Simulink SimMechanics (рис. 10-11).
Рис. 10. Блоки силового
воздействия
Рис. 11. Блоки, работающие
с сигналом в формате Simulink
Body Actuator – блок передачи управляющего сигнала.
Body Sensor – блок для измерения параметров механических звеньев. Он присоединяется к звену, в окне настройки его параметров устанав208
Компьютерные технологии в исследовании, проектировании и производстве систем и комплексов
_________________________________________________________________________________________________________________
ливаются измеряемые величины (сила, момент, угол, угловая скорость, угловое ускорение, линейная позиция и т.д.). Body Sensor преобразует измеренный сигнал к формату Simulink.
Constant – блок, задающий постоянный сигнал. Сигнал формата Simulink.
Gain – блок увеличения или уменьшения сигнала. На число, заданное в этом блоке, умножается сигнал, подключѐнный к этому блоку.
1.3. Исследование динамики механизма
Моделирование работы механизма в среде Simulink проводится в
режимах прямой динамики или обратной динамики.
В режиме прямой динамики входными являются управляющие воздействия (силы, моменты), а выходными (измерения) - параметры движения: величины линейных и угловых перемещений, скорости, ускорения,
время перемещений.
В режиме обратной динамики исходными являются перемещения
механизмов и их элементов как функции времени. В результате моделирования определяются силы (моменты), вызвавшие перемещения.
Для трѐхмерной визуализации моделируемой сборки в среде MatLab необходимо, чтобы stl-файлы находились в той же папке, что и mdlфайл динамической модели.
После проведѐнного моделирования необходимо зафиксировать результаты работы и для этих целей в библиотеке элементов Simulink есть
элементы, обеспечивающие вывод информации в числовом (Display) или
графическом виде (Scope) или передачу ее как массива данных в рабочую
область (To Workspace) для последующей обработки.
A.V. Osadchiy, N.E. Starikov
TECHNIQUE TO STUDY DYNAMIC PROCESSES OG 3D-MODEL OF THE
MECHANISM OF SMALL ARMS AND CANNON ARMAMENT IN MATLAB
The possibilities of the design of processes in small arms during the shot are considered.
Key words: export, import, transmission, mathematical model, study the dynamics.
Получено 17.10.12
209
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
9
Размер файла
876 Кб
Теги
matlab, среды, методика, процессов, стрелков, пушечного, pdf, механизм, вооружение, исследование, модель, динамическое
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа