[стр.-25]
2.10.5. COMBIN7 - элемент
цилиндрического шарнира
Описание элемента
Элемент COMBIN7 является трехмерным (3D) элементом цилиндрического шарнира, который может использоваться для соединения двух или более частей модели в общей точке. Возможности данного элемента включают податливость шарнира (или жесткость), трение, демпфирование и некоторые контрольные возможности. Важной возможностью данного элемента является возможность больших перемещений, при которой локальная система координат фиксируется и перемещается совместно со связью. Данный элемент предназначен для использования в задачах кинетостатики и кинетодинамики. Однонаправленным контрольным элементом, имеющим меньшие возможности, является элемент COMBIN37. Аналогичными элементами (без возможностей управления) являются элементы COMBIN14, MASS21, COMBIN39 и COMBIN40.
Рис. 2.5. Геомвтрия элемента СОМ ВI N7
Исходные данные элемента
Геометрия, расположение узлов и система координат данного элемента показаны на рис. 2.5. Данный элемент определяется в трехмерном (3D) пространстве пятью узлами, являющимися активными узлами (I, J), одним узлом, определяющим начальную ось вращения (К), и контрольными узлами (L, М). Активные узлы должны геометрически совпадать и представлять фактический цилиндрический шарнир, соединяющий фрагменты модели А и В. Фрагмент может являться индивидуальным элементом или набором элементов. Если узел К не определен, то начальная ось вращения соответствует направлению оси Z глобальной декартовой системы координат. Направление локальной системы координат элемента в задачах с большими перемещениями (команда NLGEOM) следует за усредненными перемещениями и поворотами узлов I и J. Элементная система координат XYZ перемещается и поворачивается вместе с шарниром, и ориентация узла К после первой итерации несущественна. Первичная
цель использования контрольных узлов заключается в обеспечении в элементе свойства обратной связи.
Активные узлы (I, J) имеют шесть степеней свободы, однако пять из них (UX, UY, UZ, ROTX, ROTY) в локальной системе координат соединения имеют некоторый уровень податливости. Этот уровень податливости определяется тремя указываемыми жесткостями: К1 для линейной жесткости в плоскости XY, К2 для жесткости в направлении Z и КЗ для жесткости при поворотах вокруг осей X и Y. Исходные данные массы связи (MASS) и момента инерции (IMASS) равномерно распределены между узлами I и J.
Динамика вращения с предварительной закруткой или первичной степени свободы включают крутящий момент трения (TF), крутильное вязкое трение (СТ), крутильную жесткость (К4), начальный крутящий момент (TLOAD), наложенный поворот (ROT) и два различных предела поворота (STOPL и STOPU). Нулевое значение TF соответствует нулевому трению (или свободному вращению), в то время как отрицательное значение устраняет из элемента свойство трения. В случае удаления (TF < 0) трения связь блокируется с жесткостью К4. Связь (шарнир) также блокируется с жесткостью К4 при наличии остановки (достижении предела). Верхний предел поворота (STOPU) представляет допускаемое значение вращения «вперед» (узла J в сторону от узла I), а нижний предел поворота (STOPL) представляет допускаемое значение вращения «назад» (узла} в сторону узла I). Нулевые значения обоих пределов удаляют возможность запирания элемента; то есть вращение демпфируется только вязким (СТ) и фрикционным (TF) крутящими моментами.
Наложенный поворот (ROT) предназначен для соответствия в локально приложенном повороту шарнире при запирании оси вращения (TF < 0) и указании жесткости (К4 > 0). Начальное состояние геометрической характеристики (START) указывает начальное поведение принудительного поворота: START = 0 не подразумевает никакого принудительного поворота (запирания), значения START = 1 или -1 подразумевают, соответственно, поворот в положительном или отрицательном направлениях. Начальное состояние поворота (START = 1,-1) будет отвергнуто при выполнении условий START = 1, STOPU = 0 и STOPL * 0, или START = -1, STOPL = 0 и STOPU * 0.
Требуется использование согласованной системы единиц. Величины К1 и К2 имеют размерность сила/длина и длина*сила/радиан для КЗ и К4. СТ имеет размерность длина*сила*время/радиан, a TF и TLOAD имеют размерность длина*си-ла. MASS имеет размерность усилие*время2/длина, a IMASS имеет размерность усилие*время2/радиан. Величины ROT, STOPL и STOPU имеют размерность радиан.
Поведение контроля обратной связи связано с контрольными узлами (L, М). Для указания контрольного значения (CVAL) используются значения признака KEYOPT. Значение KEYOPT(3) указывает степени свободы контрольных узлов, KEYOPT(4) назначает систему координат для указанной степени свободы, a KEYOPT(7) указывает геометрическую характеристику, изменяемую для последующего нелинейного расчета. Опция KEYOPT(l) назначает контрольное
значение в виде значения степени свободы, первой или второй производной значения, интегралу значения или времени.
Значение KEYOPT(2) определяет поведение степени свободы вращения после достижения предельного значения. При KEYOPT(2) = 0 шарнир может удалять (или устранять) запирание. При KEYOPT(2) = 1 ось шарнира запирается.
Элемент может демонстрировать нелинейное поведение в соответствии с функцией RVMOD = RVAL + C1CVALC2 + C3CVALC4, где RVMOD является измененным значением исходного значения геометрической характеристики RVAL (указываемой посредством KEYOPT(7)), значения с CI по С4 являются иными геометрическими характеристиками и определяют форму изменения геометрической характеристики, a CVAL является контрольным значением (см. описание KEYOPT(l)). Значение RVMOD может также быть определено пользовательской подпрограммой USERRC и вызываться посредством KEYOPT(9) - 1.
Список исходных данных элемента
Узлы - I, J, К, L, М (К, L, М являются необязательными). Степени свободы - UX, UY, UZ, ROTX, ROTY, ROTZ.
Геометрические характеристики - Kl, К2, КЗ, К4, СТ, TF, MASS, IMASS, TLOAD, START, STOPL, STOPU, ROT, CI, C2, СЗ, C4, где:
-Kl - жесткость в плоскости X-Y;
-K2 - жесткость в направлении оси Z;
-КЗ - жесткость при повороте относительно осей X и Y;
-К4 - жесткость при повороте (относительно оси Z);
-СТ - коэффициент вязкого трения при поворотах;
-TF - фрикционный момент;
-MASS - масса шарнира;
-IMASS - момент инерции;
-TLOAD - предварительно приложенный момент;
-START - начальное состояние;
-STOPL - нижний предел поворота (поворот «назад»);
-STOPU - верхний предел поворота (вращение «вперед»);
-ROT - наложенный поворот;
-С1 - первое скалярное значение в уравнении для RVMOD;
-С2 - первый показатель в уравнении для RVMOD;
-СЗ - второе скалярное значение в уравнении для RVMOD;
-С4 - второй показатель в уравнении для RVMOD.
Свойства материала - DAMP.
Нагрузки, приложенные к поверхности - нет.
Объемные нагрузки - нет.
Специальные возможности:
-большие перемещения;
-нелинейность (если указаны пределы перемещения или трение);
-адаптивный спуск.
