Mô hình hóa các quá trình vật lý Cơ chế Universal Lite

Một chương trình rất thú vị cho phép bạn mô phỏng tất cả các loại hệ thống và tình huống cơ học trong không gian hai chiều, chuyển động đơn giản chuột.

Shakespeare từng nói: “Cả thế giới là một sân khấu, và những người trong đó là diễn viên”. Đây là nếu chúng ta bắt đầu từ quan điểm của một lối suy nghĩ nghệ thuật. Nếu nhìn thế giới từ góc độ khoa học, bạn có thể diễn giải câu nói của nhà viết kịch vĩ đại: “Cả thế giới là tự nhiên, và con người là vật thể trong đó” :). Thiên nhiên có liên quan gì đến nó? Đúng vậy, mặc dù thực tế là trong tiếng Hy Lạp, “tự nhiên” là “vật lý”, và do đó tên của ngành khoa học chính về vạn vật - "vật lý".

Hiện tượng vật lý xung quanh chúng ta ngay từ đầu. thời thơ ấu, và sớm muộn đứa trẻ nào cũng có những câu hỏi khác nhau: “Tại sao trời lại nắng? Tại sao chiếc bánh sandwich luôn rơi xuống sàn và không bay lơ lửng trên không?” Và khi đứa trẻ lớn lên, cố gắng tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi này, bằng phương pháp “chọc khoa học”, nó tìm hiểu về thế giới xung quanh và quy luật tồn tại của nó. Nhưng những thí nghiệm như vậy không phải lúc nào cũng kết thúc một cách nhẹ nhàng.

Chính xác là để có thể an toàn cho đứa trẻ và cho thế giới xung quanh :), mô phỏng bất kỳ quá trình vật lý nào, tôi khuyên bạn nên sử dụng chương trình phun.

Phiên bản 5.28 hiện có là một môi trường được thiết kế khá độc đáo cho mô hình cơ khí. Bất chấp sự phù phiếm rõ ràng (chương trình được thiết kế theo hình thức vẽ trẻ con), phun- bắt chước người thật khá đáng tin cậy điều kiện vật chất(bạn có thể mô phỏng các tình huống trong điều kiện phản trọng lực, trong không khí và không gian không có không khí, v.v.).

Cài đặt chương trình mô phỏng quá trình cơ khí Phun

Nhưng về mọi thứ lần lượt. Bây giờ chúng ta sẽ cài đặt và cố gắng hiểu chương trình. Để thực hiện việc này, hãy tải xuống bản phân phối cài đặt phun, chạy trình cài đặt và đợi mọi thứ cài đặt :). Tôi sẽ đặt chỗ ngay nếu bạn có Máy tính cũ với một card màn hình khá yếu thì phun trong trường hợp này nó sẽ chậm lại đáng kể. Mặc dù nó tuyên bố hỗ trợ thẻ video (mặc dù phiên bản 4 trước đó) có bộ nhớ 32 MB, nhưng trên máy tính của tôi có 128 MB, chương trình đôi khi bị treo khá rõ rệt. tôi nghĩ vậy lựa chọn tốt nhất sẽ có dung lượng khoảng 256 MB.

Trong khi chúng tôi đang nói chuyện, phunđã được cài đặt và sẵn sàng ra mắt. Tôi không biết đây là lỗi trong chương trình hay cụ thể là sự cố với hệ thống của tôi, nhưng khi tôi đồng ý khởi chạy chương trình ngay sau khi cài đặt, nó đã chửi bới tôi và từ chối bắt đầu. Tôi đã phải khởi động nó theo cách thủ công (nó khởi động mà không gặp vấn đề gì :)).

Nga hóa chương trình

Trước mắt chúng ta là một cửa sổ chương trình với một dự án chào mừng:

Chương trình mặc định là tiếng Anh, nhưng trong phiên bản thứ năm, bản địa hóa tiếng Nga cũng xuất hiện. ĐẾN Russify Phun, đi tới trình đơn "Tài liệu" và tại điểm "Thay đổi ngôn ngữ" chọn tùy chọn "Tiếng Nga". Sẵn sàng!

Bây giờ chúng ta đang xử lý phiên bản tiếng Nga, hãy xem xét điều khiển chương trình.

Giao diện chương trình

Ở phía trên cùng, bạn sẽ thấy một chút cách điệu nhưng quen thuộc với các ứng dụng khác thanh menu.

Thực đơn "Tài liệu" cho phép bạn tùy chỉnh cảnh cho dự án (lưu, xóa), tải hoặc tạo cảnh mới, thay đổi ngôn ngữ, chuyển đổi chế độ xem, kiểm tra cập nhật, tải xuống cảnh bổ sung hoặc mua phiên bản đầy đủ(mặc dù tại sao, nếu cái miễn phí là đủ).

Thực đơn "Công cụ", "Điều khiển" và cho phép bạn ẩn hoặc hiển thị các tab chương trình tương ứng.

Dưới đây là tập hợp tất cả các thiết bị mà chúng tôi sẽ tạo ra các đối tượng chúng tôi cần cho thử nghiệm. Toàn bộ bảng điều khiển được chia thành ba vùng: ở vùng đầu tiên có các công cụ để di chuyển các đối tượng, vùng thứ hai - để vẽ và vùng thứ ba - để chèn các cơ chế. Chúng ta hãy nhìn vào chúng theo thứ tự.

Bảng đầu tiên mở công cụ "Di chuyển", cho phép chúng ta di chuyển bất kỳ vật thể nào trong mặt phẳng ngang và dọc. Dụng cụ "Tay" cũng phục vụ cho việc di chuyển nhưng có thể thực hiện chức năng của nó trong một thử nghiệm đang chạy. Dụng cụ "Vòng xoay" cần thiết để xoay các vật thể xung quanh trọng tâm hoặc điểm bám của chúng. Dụng cụ "Tỉ lệ" cho phép bạn thay đổi kích thước bất kỳ đối tượng nào. "Dao"- nhằm mục đích chia bất kỳ đối tượng nào thành nhiều phần và nó hoạt động cả ở chế độ chuẩn bị thử nghiệm và chế độ phát lại.

TRONG bảng vẽ công cụ đầu tiên - "Đa giác". Với sự trợ giúp của nó, bạn có thể vẽ bất kỳ hình tự do hoặc thậm chí đa giác nào (để thực hiện việc này, hãy nhấn và giữ Phím Shiftđể vẽ một đường thẳng). Dụng cụ "Chải" cho phép bạn vẽ bất kỳ đường, hình dạng và đối tượng nào theo cách thủ công. "Hình chữ nhật" giúp chúng ta vẽ một hình chữ nhật hoặc hình vuông rõ ràng (cũng bằng cách giữ Shift) và bằng công cụ "Vòng tròn" Bạn luôn có thể vẽ một vòng tròn chẵn. Tiếp theo là ba công cụ chuyên dụng "Bánh răng", "Máy bay" Và "Xích". Tất cả đều tạo ra các đối tượng của họ cho phù hợp.

Bảng thứ ba cũng nhằm mục đích tạo ra các vật thể đặc biệt có đặc điểm vật lý riêng. Đây là những công cụ "Mùa xuân", "buộc chặt", "Trục" Và "Theo dõi". Tôi nghĩ mục đích của ba mục đầu tiên không cần phải giải thích, nhưng mục đích cuối cùng dùng để hiển thị dấu vết quán tính từ chuyển động của bất kỳ vật thể nào mà công cụ được gắn vào (xem ví dụ về Cycloid).

Ở đây chúng ta thấy một cái gì đó tương tự như bảng điều khiển của một trình phát tiêu chuẩn. Có những nút ở đây đảo ngược(hoàn tác/làm lại) và "chơi"(theo đó, tiến hành thí nghiệm).

Tiếp theo là thanh trượt tỷ lệ và hai nút điều hướng. Chia tỷ lệ trong phun có thể thay đổi theo ba cách: bằng cách di chuyển thanh trượt, giữ nút trái chuột vào nút (+/-) hoặc bánh xe chuột khi nó ở phía trên trường thử nghiệm. Nút mũi tên được sử dụng để di chuyển xung quanh khu vực làm việc. Nhấn giữ và di chuyển chuột. Mặc dù, theo tôi, sẽ thuận tiện hơn khi thực hiện thao tác tương tự bằng cách giữ nút chuột ở bất kỳ đâu trên khu vực làm việc.

Hai nút cuối cùng trên bảng điều khiển được sử dụng để tạo ra không gian không trọng lượng và không có không khí. Theo mặc định, trọng lực tương ứng với giá trị hiện tại là 9,8 m/s 2 và lực cản của không khí là 1. Nhưng những giá trị này có thể dễ dàng thay đổi trong "Cài đặt" trong menu phụ "Giả lập". Ở đó bạn cũng có thể đặt tốc độ mô phỏng (mặc định - 1).

Trước khi bắt đầu tạo cảnh của riêng mình, bạn nên xem xét một chi tiết điều khiển quan trọng hơn - danh mục.

TRONG phun Menu ngữ cảnh luôn hiển thị với bạn và bạn có thể dễ dàng thay đổi thuộc tính của bất kỳ đối tượng nào trong thời gian thực. Chớm ban đầu nhìn chung menu ngữ cảnh được hiển thị cho khu vực làm việc. Tại đây chúng ta có thể tùy chỉnh giao diện của cảnh, thêm một trong các đối tượng làm sẵn để lựa chọn và thay đổi màu nền.

Đối với mỗi đối tượng mới, các chức năng sẽ được mở rộng, bổ sung bởi những thứ như nhân bản, hành động, lựa chọn vật liệu, điều chỉnh đường viền, v.v.

Bây giờ chúng tôi đã sẵn sàng làm việc với phun, và trước tiên tôi đề xuất tiến hành một thử nghiệm nhỏ để kiểm tra xem nó có hoạt động trong chương trình không định luật vạn vật hấp dẫn.

Thử nghiệm đầu tiên

Để làm điều này trong menu "Tài liệu" Cùng lựa chọn nào "Giai đoạn mới" và vẽ một mặt phẳng nằm ngang (0°). Bây giờ cùng chiều cao Hãy treo hai vật thể, một cái lớn hơn và một cái nhỏ hơn (để giải trí, tôi đã làm một quả bóng nhỏ bằng kim loại và một quả bóng lớn bằng thủy tinh).

Mọi thứ đã sẵn sàng cho thử nghiệm, tất cả những gì còn lại là nhấp vào “Bắt đầu!” Như chúng ta thấy, cả hai vật đều bay xuống với tốc độ như nhau. Hạn chế duy nhất là quả cầu thủy tinh không bị vỡ: ((hóa ra không tự nhiên). Mặt khác, các cơ thể hoạt động giống như các vật thể tương tự thực sự của chúng.

Thao tác phức tạp hơn với cơ thể và chất lỏng

Hãy làm phức tạp thí nghiệm bằng cách thêm nước thay vì bề mặt rắn nơi các vật thể tiếp đất.

Hãy đặt hai cây cột (hình chữ nhật) và cố định chúng thật chắc chắn. Đây sẽ là một thùng chứa nước của chúng tôi. Bây giờ hãy “đổ” nước vào đó. Để tạo ra nước, chỉ cần vẽ một vật thể lớn giữa các cây cột, sau đó vẽ vào đó danh mục chọn vào "Hành động"đoạn văn "Biến thành nước".

Sẵn sàng! Bạn có thể chạy thử nghiệm.

Cảnh sẵn sàng

Việc xem xét chương trình sẽ không đầy đủ nếu tôi không đề cập đến điều đó phun có nhiều cảnh dựng sẵn. Một số trong số chúng có sẵn nếu bạn nhấp vào menu "Tài liệu" cái nút “Sân khấu mở”. Nếu điều này vẫn chưa đủ đối với bạn, bạn luôn có thể tải xuống hàng nghìn ứng dụng khác từ Internet. Đủ trên cùng một menu "Tài liệu" chọn mục "Tải thêm cảnh".

Chúc các bạn sáng tạo thành công và luôn thử nghiệm thành công :)!

tái bút Bài viết này nhằm mục đích phân phối miễn phí. Bạn có thể sao chép nó mà vẫn giữ được quyền tác giả. Ruslan Tertyshny và mọi người P.S. và P.P.S.

P.P.S. Nếu bạn thích chương trình này, thì tôi khuyên bạn nên chú ý đến một chương trình khác cũng thú vị không kém. Chương trình Sự khởi đầu của điện tử sẽ cho phép bạn mô phỏng các quy trình thực tế theo nhiều cách khác nhau sơ đồ điện, mà bạn tạo ra!

Khái niệm cơ bản về phân tích PBS gói phần mềm Cơ chế phổ quát

Bài trình bày cung cấp các ví dụ về cách sử dụng gói phần mềm Cơ chế phổ quát để tính toán phân tích PBS.

Mô hình hóa máy tính về sự tương tác giữa đầu máy toa xe, đường ray và nền đàn hồi

Mô-đun Đường sắt linh hoạt UM là phần bổ sung cho mô-đun UM Loco (mô-đun để mô hình hóa động lực học của các phương tiện đường sắt) và cho phép bạn nghiên cứu sự tương tác của đầu máy toa xe với cấu trúc đường ray khi mô tả cấu trúc sau bằng các mô hình không gian chi tiết. Để lập mô hình tiếp xúc “bánh xe-ray”, một mô hình lực tiếp xúc đặc biệt được sử dụng, dựa trên sự xuyên thấu ảo của biên dạng bánh xe và đường ray. Để mô tả nền của đường ray (cầu, cầu vượt, đường hầm, v.v.), có thể sử dụng các mô hình phần tử hữu hạn được nhập từ các gói FEM (ANSYS, MSC.NASTRAN).

Mô hình máy tính tương tác giữa phương tiện đường sắt và cầu

Phương pháp trình bày mô hình máy tính tương tác giữa cầu đường sắt và tàu hỏa.

Mô tả ký hiệu chính thức của hệ thống cơ khí

Đối với một hệ cơ học tùy ý, một mô tả ký hiệu hình thức được đưa ra.

Các thuật toán nhanh giải bài toán tiếp xúc bánh xe- ray trong bài toán mô hình hóa động lực học của phương tiện giao thông đường sắt

Phần trình bày mô tả một mô hình không lặp để tính toán lực pháp tuyến trong một tiếp điểm bánh xe-ray, dựa trên điều kiện không xuyên qua điểm tiếp xúc ban đầu. Các thuật toán được trình bày được triển khai trong gói phần mềm “Cơ chế phổ quát” để mô hình hóa động lực học của các hệ thống cơ thể.

Mô hình hóa chung các quá trình mài mòn và tích lũy hư hỏng do mỏi tiếp xúc trong bánh xe đường sắt

Bài trình bày thảo luận về các thuật toán để mô hình hóa máy tính chung về các quá trình mài mòn và sự tích tụ hư hỏng do mỏi tiếp xúc trong các bánh xe của đầu máy toa xe lửa, được triển khai trong gói phần mềm “Cơ chế vạn năng”.

Mô hình hóa động lực học của đường ray đàn hồi

Một cách tiếp cận để mô hình hóa động lực học của đường ray đàn hồi được mô tả. Cách tiếp cận này liên quan đến việc mô hình hóa đường ray bằng dầm Timoshenko và tà vẹt có thân rắn hoặc dầm Euler-Bernoulli.

Mô phỏng thời gian thực về động lực học của xe được theo dõi

Một mô hình đường ray không có quán tính đã được phát triển, giúp mô phỏng động lực học của các phương tiện được bánh xích trong thời gian thực. Mô hình này được phát triển có tính đến chuyển động có thể có của một phương tiện bánh xích trên một bề mặt rất gồ ghề, chẳng hạn như cảnh quan công nghiệp hoặc đô thị.

UM VBI: trải nghiệm người dùng

Giới thiệu về chương trình UM Lite

Universal Mechanism Lite là một sản phẩm riêng biệt của Phòng thí nghiệm Cơ học tính toán. Đây là phiên bản đơn giản hóa của chương trình chính và được thiết kế cho nhiều đối tượng người dùng: sinh viên, nghiên cứu sinh và giáo viên đại học, kỹ sư thiết kế cũng như những người đam mê cơ khí đơn giản. Để biết thêm thông tin về dòng chương trình của Phòng thí nghiệm, hãy xem.

Chương trình được thiết kế để mô phỏng động lực học và động học của các hệ cơ học phẳng và không gian. Đây là cách chương trình hoạt động. Đầu tiên, nhà nghiên cứu mô tả một hệ thống cơ học là một hệ thống các vật thể được kết nối bởi các bản lề và các phần tử lực. Tiếp theo, chương trình tự động xây dựng các phương trình chuyển động của hệ thống và giải chúng bằng số trong miền thời gian hoặc miền tần số.

Trong quá trình giải pháp số, hoạt ảnh trực tiếp về chuyển động của mô hình được hỗ trợ. Trong quá trình tính toán, hầu hết các đại lượng cần thiết đều có sẵn để phân tích: tọa độ, vận tốc, gia tốc, phản lực ở bản lề, lực trong lò xo, v.v.

Hỗ trợ nhập dữ liệu từ các chương trình CAD sau: KOMPAS-3D, SolidWorks và Nhà phát minh Autodesk. Do đó, UM Lite có thể được coi là một ứng dụng chi phí thấp để phân tích động học và động lực học của các hệ thống được thiết kế trong các chương trình CAD nêu trên. Tìm hiểu thêm về cách nhập dữ liệu từ chương trình bên ngoài cm.

Chương trình UM Lite cung cấp cho người dùng một bộ công cụ để tạo một đối tượng động - một hệ thống các vật thể - và phân tích tiếp theo các đặc tính động, động học và tĩnh của nó.

Hiện đang phát triển con số lớn sản phẩm phần mềm, cung cấp cho người dùng nhiều cơ hội trong khu vực này. Hiểu được tầm quan trọng và sự phức tạp của các vấn đề liên quan đến việc mô hình hóa động lực học của các hệ thống cơ thể, những người tạo ra UM Lite đã theo đuổi các mục tiêu sau.

- Đơn giản hóa quá trình tạo mô hình năng động và phân tích số của chúng, giúp nhiều kỹ sư nghiên cứu và nhà thiết kế có thể tiếp cận mô hình động lực học của các hệ thống cơ thể.

Giảm chi phí phát triển càng nhiều càng tốt, điều này sẽ giúp biến nó thành một sản phẩm phần mềm đại chúng.

Chuẩn bị người dùng đại chúngđến việc sử dụng phức tạp hơn và chức năng hơn chương trình đầy đủ, bao gồm cả các chương trình UM.

So sánh chi tiết chức năng của UM và UM Lite được xem xét

Chương trình có giao diện và hướng dẫn sử dụng bằng tiếng Nga và tiếng Anh.

* Giấy phép cá nhân và trường đại học chỉ nhằm mục đích sử dụng phi thương mại và cung cấp cho việc sử dụng chương trình cho mục đích khoa học và giáo dục. Những giấy phép này cấm sử dụng chương trình vì lợi nhuận.

Mục tiêu của công việc: Làm quen với gói mở rộng Simulink để mô hình hóa các hệ thống cơ khí SimMechanics. Nắm vững các nguyên tắc cơ bản của việc tạo ra các mô hình của hệ thống cơ khí.

Phần lý thuyết:

Theo quy định, việc mô hình hóa các đối tượng, ngoài mục đích khoa học thuần túy, còn có thể có ý nghĩa ứng dụng. Để thiết kế và phân tích các hệ thống cơ học (ví dụ, các chuỗi động học khác nhau), một bộ máy vật lý và toán học đặc biệt đã được phát triển từ lâu.

SimMechanics là gói mở rộng cho hệ thống Simulink dành cho Mô hình hóa vật lý. Mục tiêu của anh ấy là thiết kế kỹ thuật và mô hình hóa các hệ thống cơ học (trong khuôn khổ các định luật cơ học lý thuyết). SimMechanics cho phép bạn mô phỏng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay trong ba mặt phẳng. SimMechanics chứa một bộ công cụ để xác định các tham số liên kết (khối lượng, mô men quán tính, các tham số hình học), các ràng buộc động học, hệ tọa độ cục bộ, các phương pháp xác định và đo chuyển động. SimMechanics cho phép bạn tạo các mô hình hệ thống cơ khí giống như các mô hình Simulink khác dưới dạng sơ đồ khối. Các công cụ trực quan hóa Simulink bổ sung được tích hợp sẵn cho phép bạn thu được hình ảnh đơn giản của các cơ chế ba chiều, cả tĩnh và động.

Bất kỳ cơ chế nào cũng có thể được biểu diễn dưới dạng tập hợp các liên kết và giao diện. Ví dụ, một con lắc vật lý liên kết âm thanh (xem Hình 1) là một kết nối nối tiếp của các phần tử sau:

liên kết cố định (mặt đất);
khớp bản lề (cho liên kết thứ 1 một bậc tự do để xoay quanh trục z);
liên kết đầu tiên (liên kết được thể hiện dưới dạng một phần cứng tuyệt đối);
bản lề liên kết giữa liên kết thứ 1 và liên kết thứ 2 (hạn chế bậc tự do của liên kết thứ 2, chỉ để lại chuyển động quay trong mặt phẳng xy);
liên kết thứ hai.

Cơm. 1 – Mô hình con lắc vật lý hai khâu

Mô hình Simulink của cơ chế như vậy được xây dựng theo trình tự tương tự (xem Hình 2). Yếu tố nguồn Mô hình là liên kết mặt đất. Một phần tử được gắn vào nó - Revolute (tức là một phần tử cho phép liên kết tiếp theo chỉ xoay quanh trục đã chỉ định - z). Tiếp theo là sự liên kết của Cơ thể con lắc vật lý. Là các tham số của liên kết này, cần chỉ ra khối lượng của cơ thể, mômen quán tính so với các trục đối xứng trung tâm chính, cũng như tọa độ của đầu trên, đầu dưới của liên kết và tâm khối lượng của nó. Trong trường hợp này, tọa độ có thể được chỉ định cả trong hệ tọa độ chung (GCS) và hệ tọa độ cục bộ (LCS) của liên kết.

Tương tự, liên kết thứ hai, Thân 1, được gắn vào liên kết thứ nhất thông qua khớp nối Revolute 1.

Để các liên kết của cơ cấu được thiết kế bắt đầu chuyển động, cần thêm lực dẫn động hoặc đặt các điều kiện ban đầu (ví dụ: độ lệch ban đầu hoặc chỉ ra tốc độ ban đầu). Để thực hiện điều sau, khối Điều kiện ban đầu được sử dụng.

Cơm. 2, một

Cơm. 2, b

Cơm. 2 - Mô hình Simulink của con lắc vật lý hai khâu (a) và mô hình mô phỏng chuyển động (b)

Mô hình mô phỏng hiển thị các liên kết dao động theo các định luật cơ học cổ điển (vật lý chất rắn). Họ cũng hiển thị hệ thống cục bộ tọa độ (LSC) của các liên kết.

Câu hỏi về việc chọn hệ tọa độ này hay hệ tọa độ (CS) khác là rất quan trọng. Sự lựa chọn đúng đắn SC hỗ trợ rất nhiều cho việc mô hình hóa cơ chế và giải thích kết quả.

Khi mô hình hóa cơ chế này, các SC sau đã được sử dụng (Hình 3).

bất động hệ thống toàn cầu tọa độ của GSK Global nằm ở giao điểm của liên kết cố định với liên kết trên (đầu gối con lắc). Bạn có thể đặt tọa độ các điểm của liên kết trên của con lắc những cách khác, bao gồm cả việc liệt kê đơn giản các giá trị của chúng trong GSK. Tuy nhiên, điều này không phải lúc nào cũng thuận tiện.

Đầu trên của liên kết đầu tiên giao phối với liên kết cố định và do đó tọa độ của nó trùng với điểm bắt đầu của GSK. Tọa độ của nó thực sự dễ dàng được đặt thành Toàn cầu. Để liên kết có độ dài L và tính đối xứng đối với GCOI. Thật thuận tiện khi đặt vị trí khối tâm (CM) của liên kết không phải trong GSK mà trong LCS mới được tạo, trong đó gốc tọa độ là đầu trên của liên kết, tức là. trong LSK CS1. Khi đó tọa độ của CM có thể được chỉ định là CS1. Tương tự, đầu dưới của liên kết có thể được chỉ định trong LCS CS1.

Mặc dù thực tế là thời điểm bắt đầu của LCS CS1 trùng với thời điểm bắt đầu của GCS toàn cầu, nhưng cần lưu ý rằng LCS CS1 thuộc liên kết trên, có nghĩa là nó có thể xoay tương ứng với điểm Toàn cầu. Hệ tọa độ toàn cầu GSK Global luôn bất động. Điểm bắt đầu của nó có thể không trùng với điểm giao phối của liên kết cố định (đặc biệt khi có một số liên kết cố định trong cơ cấu).

Cơm. 3 – Hệ tọa độ của con lắc vật lý hai khâu

Ngoài việc quan sát trực quan người tự do (khi thiết lập điều kiện ban đầu) hoặc cưỡng bức (khi có ngoại lực tác dụng), bạn có thể phân tích quy luật chuyển động của bất kỳ điểm nào của cơ cấu. Để làm được điều này, khi xác định tọa độ của các liên kết, bạn cần xác định tọa độ của điểm quan tâm và kết nối khối cảm biến với đầu ra của khối Simulink tương ứng.

Cảm biến có thể ghi lại cả rung động góc và tuyến tính cũng như cả chuyển động, tốc độ và gia tốc. Đầu ra từ cảm biến thường được định tuyến tới khối máy hiện sóng Scope (xem Hình 4).

Cơm. 4, một

Cơm. 4, b

Cơm. 4 – Mô hình con lắc vật lý hai khâu (a) nghiên cứu các quy luật chuyển động của các khâu của nó (b)

Trình tự công việc:

Câu hỏi kiểm soát:

Thư viện của gói SimMechanics.
Đặc điểm mô hình mô phỏng các cơ chế động học trong Simulink.
Hệ thống phối hợp toàn cầu và địa phương của các cơ chế.
Thiết lập các quy luật chuyển động cho các liên kết của các cơ chế và nghiên cứu của chúng.

Nội dung của báo cáo:

Báo cáo tiến độ phải chứa các thông tin sau.

Tên công việc trong phòng thí nghiệm và mục đích của nó.
Nền tảng lý thuyết ngắn gọn về mô hình hóa các hệ thống cơ khí.
Mô hình cuối cùng của cơ cấu tay quay.
Đồ thị chuyển động của các liên kết hoặc bạn tình.
Mô hình mô phỏng cơ chế được hiển thị trong Hình. 10.

Văn học:

Artobolevsky I.I. Lý thuyết về cơ chế. M.: Nauka, 1965. - 776 tr.
Dyakonov V.P. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 môn toán và mô hình hóa. Hướng dẫn sử dụng đầy đủ. M.: SOLON-Báo chí. - 2003. - 576 tr.
Tài liệu được trình bày trên trang web www.exponenta.ru
Hệ thống trợ giúp MATLAB

1 Mặc dù mô hình hóa vật lý (theo nghĩa truyền thống) ngụ ý việc tạo ra một số chất tương tự vật lý - mô hình của một đối tượng, với sự phát triển công nghệ máy tínhÝ tưởng này thay đổi phần nào. Trong trường hợp này, mô hình vật lý được hiểu là sự cộng sinh mô hình toán học và thiết kế một vật thể tuân theo các nguyên tắc vật lý cơ bản (ví dụ, các định luật cơ học cổ điển).

2 Tuyên bố này đúng theo chiều ngược lại, tức là GSK không được đặt tại điểm giao phối của liên kết cố định nhưng liên kết cố định được đặt trong GSK tại điểm Toàn cầu.

Trong một hệ thống hướng đối tượng có cấu trúc tốt, luôn có một loạt các mẫu (mẫu) tiêu chuẩn. Ở một đầu của quang phổ này, bạn sẽ tìm thấy các thành ngữ đại diện cho các cấu trúc ổn định của ngôn ngữ triển khai và ở đầu kia, bạn sẽ tìm thấy các mẫu và khung kiến trúc hình thành nên toàn bộ hệ thống và xác định một phong cách cụ thể. Ở giữa quang phổ là các cơ chế mô tả các mẫu thiết kế chung mà qua đó các phần tử hệ thống tương tác với nhau. Các cơ chế trong UML được thể hiện bằng cách sử dụng sự cộng tác.

Các cơ chế là sự hợp tác tự trị; bối cảnh của chúng không phải là một trường hợp hay hoạt động cụ thể mà là toàn bộ hệ thống. Bất kỳ phần tử nào hiển thị được trong một phần nào đó của hệ thống đều có thể tham gia vào cơ chế.

Những loại cơ chế này đại diện cho các quyết định thiết kế có ý nghĩa về mặt kiến trúc và cần được thực hiện nghiêm túc. Thông thường, các cơ chế được kiến trúc sư hệ thống đề xuất và chúng phát triển theo từng phiên bản mới. Cuối cùng, bạn thấy rằng hệ thống này đơn giản (vì các tương tác điển hình được cụ thể hóa trong các cơ chế), dễ hiểu (vì hệ thống có thể được hiểu từ góc độ các cơ chế của nó) và linh hoạt (bằng cách điều chỉnh từng cơ chế, bạn tùy chỉnh hệ thống). nói chung).

Việc mô hình hóa các cơ chế được thực hiện như sau:

1. Xác định các cơ chế cơ bản tạo nên kiến trúc hệ thống. Sự lựa chọn của họ được quyết định bởi phong cách kiến trúc tổng thể mà bạn quyết định làm cơ sở cho việc triển khai của mình, cũng như phong cách phù hợp nhất với miền ứng dụng của bạn.

2. Hãy coi mỗi cơ chế là một sự hợp tác.

3. Mở rộng các thành phần cấu trúc và hành vi của mỗi hoạt động hợp tác. Bất cứ nơi nào có thể, hãy cố gắng tìm các yếu tố được chia sẻ.

4. Những cơ chế này cần được phê duyệt ở giai đoạn đầu vòng đời phát triển (chúng có tầm quan trọng chiến lược), nhưng chúng cần được phát triển trong mọi phiên bản mới, khi bạn trở nên quen thuộc hơn với các chi tiết triển khai.

Khi lập mô hình cộng tác trong UML, hãy nhớ rằng mỗi cộng tác phải thể hiện việc triển khai một trường hợp sử dụng hoặc hoạt động hoặc đóng vai trò như một cơ chế độc lập ở cấp độ toàn hệ thống.

Một sự hợp tác có cấu trúc tốt có những đặc tính sau:

· bao gồm các thành phần cấu trúc và hành vi;

· thể hiện sự trừu tượng rõ ràng về một số tương tác trong hệ thống;

· hiếm khi hoàn toàn độc lập - thường chồng chéo với các yếu tố cấu trúc của các hợp tác khác;

· Đơn giản và dễ hiểu.

Khi thể hiện sự hợp tác trong UML, hãy sử dụng các quy tắc sau:

· Chỉ vẽ một sự hợp tác một cách rõ ràng khi cần thiết để hiểu mối quan hệ của nó với các sự hợp tác, phân loại, hoạt động khác hoặc toàn bộ hệ thống. Trong các trường hợp khác, hãy sử dụng sự hợp tác nhưng để chúng ở chế độ nền của mô hình;

· Tổ chức cộng tác theo các bộ phân loại hoặc hoạt động mà chúng đại diện hoặc đặt chúng trong các gói được liên kết với toàn bộ hệ thống.

Hồ sơ – một tập hợp các khuôn mẫu

HƯỚNG DẪN BÀI TẬP THỰC HÀNH

Phần thực hành bao gồm các nhiệm vụ cho phép bạn phát triển kỹ năng sử dụng ngôn ngữ UML khi biên soạn các mô tả kỹ thuật hệ thống của hệ thống thông tin liên lạc và thực hiện các nhiệm vụ đặc biệt.

Một chương trình rất thú vị cho phép bạn mô phỏng tất cả các loại hệ thống và tình huống cơ học trong không gian hai chiều bằng các chuyển động chuột đơn giản.

Shakespeare từng nói: “Cả thế giới là một sân khấu, và những người trong đó là diễn viên”. Đây là nếu chúng ta bắt đầu từ quan điểm của một lối suy nghĩ nghệ thuật. Nếu nhìn thế giới từ góc độ khoa học, bạn có thể diễn giải câu nói của nhà viết kịch vĩ đại: “Cả thế giới là tự nhiên, và con người là vật thể trong đó” :). Thiên nhiên có liên quan gì đến nó? Đúng, mặc dù thực tế là trong tiếng Hy Lạp “tự nhiên” là “vật lý”, và do đó tên của ngành khoa học chính về mọi thứ tồn tại - “vật lý”.

Các hiện tượng vật lý bao quanh chúng ta từ khi còn nhỏ, và sớm muộn gì đứa trẻ cũng có nhiều câu hỏi khác nhau: “Tại sao mặt trời lại chiếu sáng? Tại sao chiếc bánh mì luôn rơi xuống sàn và không bay lơ lửng trên không :).” Và khi đứa trẻ lớn lên, cố gắng tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi này, bằng phương pháp “chọc khoa học”, nó tìm hiểu về thế giới xung quanh và quy luật tồn tại của nó. Nhưng những thí nghiệm như vậy không phải lúc nào cũng kết thúc một cách nhẹ nhàng.

Phiên bản 5.28 hiện có sẵn là một môi trường mô hình hóa cơ khí được thiết kế khá độc đáo. Mặc dù có vẻ phù phiếm (chương trình được thiết kế theo hình thức vẽ của trẻ em), Phun mô phỏng khá hợp lý các điều kiện vật lý thực tế (bạn có thể mô phỏng các tình huống trong điều kiện phản trọng lực, trong không khí và không gian không có không khí, v.v.).

Cài đặt chương trình mô phỏng quá trình cơ khí Phun

Nhưng về mọi thứ lần lượt. Bây giờ chúng ta sẽ cài đặt và cố gắng hiểu chương trình. Để thực hiện việc này, hãy tải xuống bản phân phối cài đặt Phun, chạy trình cài đặt và đợi mọi thứ cài đặt :).

Hãy để tôi đặt chỗ ngay: nếu bạn có một máy tính cũ với card màn hình khá yếu thì trong trường hợp này, Phun sẽ chậm lại đáng kể. Mặc dù nó tuyên bố hỗ trợ thẻ video (mặc dù phiên bản 4 trước đó) có bộ nhớ 32 MB, nhưng trên máy tính của tôi có 128 MB, chương trình đôi khi bị treo khá rõ rệt. Tôi nghĩ điểm tốt nhất sẽ là khoảng 256MB.

Trong khi chúng tôi đang nói chuyện thì Pun đã được cài đặt sẵn và háo hức ra mắt. Tôi không biết đây là lỗi trong chương trình hay cụ thể là sự cố với hệ thống của tôi, nhưng khi tôi đồng ý khởi chạy chương trình ngay sau khi cài đặt, nó đã chửi bới tôi và từ chối bắt đầu. Tôi đã phải khởi động nó theo cách thủ công (nó khởi động mà không gặp vấn đề gì :)).

Nga hóa chương trình

Trước mắt chúng ta là một cửa sổ chương trình với một dự án chào mừng:

Chương trình mặc định là tiếng Anh, nhưng trong phiên bản thứ năm, bản địa hóa tiếng Nga cũng xuất hiện. Để Russify Phun, hãy chuyển đến menu "Tệp" và trong mục "Thay đổi ngôn ngữ", chọn tùy chọn "Tiếng Nga". Sẵn sàng!

Bây giờ chúng ta đang xử lý phiên bản tiếng Nga, hãy xem phần điều khiển của chương trình.

Giao diện chương trình

Ở phía trên cùng, bạn sẽ thấy một thanh menu được cách điệu một chút nhưng quen thuộc với các ứng dụng khác.

Menu "Tệp" cho phép bạn tùy chỉnh cảnh cho dự án (lưu, xóa), tải hoặc tạo cảnh mới, thay đổi ngôn ngữ, chuyển đổi chế độ xem, kiểm tra cập nhật, tải xuống cảnh bổ sung hoặc mua phiên bản đầy đủ (mặc dù tại sao, nếu cái miễn phí là đủ).

Các menu "Công cụ", "Điều khiển" và "Menu ngữ cảnh" cho phép bạn ẩn hoặc hiển thị các tab chương trình tương ứng.

Trình đơn công cụ:

Bảng đầu tiên mở công cụ Move, cho phép chúng ta di chuyển bất kỳ đối tượng nào trong mặt phẳng ngang và dọc. Công cụ Hand cũng được sử dụng để di chuyển nhưng có thể thực hiện chức năng của nó trong một thử nghiệm đang chạy.

Công cụ Rotate được sử dụng để xoay các đối tượng xung quanh trọng tâm hoặc vật gắn kết của chúng. Công cụ Tỷ lệ cho phép bạn thay đổi kích thước bất kỳ đối tượng nào. "Dao" được thiết kế để chia bất kỳ đối tượng nào thành nhiều phần và nó hoạt động cả ở chế độ chuẩn bị thử nghiệm và chế độ phát lại.

Trong bảng vẽ, công cụ đầu tiên là "Đa giác". Với sự trợ giúp của nó, bạn có thể vẽ bất kỳ hình dạng tự do nào hoặc thậm chí là đa giác (để thực hiện việc này, hãy giữ phím Shift để vẽ một đường chẵn). Công cụ Brush cho phép bạn vẽ bất kỳ đường, hình dạng hoặc đối tượng nào bằng tay.

"Hình chữ nhật" giúp chúng ta vẽ một hình chữ nhật hoặc hình vuông rõ ràng (cũng bằng cách giữ phím Shift) và với công cụ "Hình tròn", bạn luôn có thể vẽ một hình tròn đều. Tiếp theo là ba công cụ chuyên dụng: Gear, Plane và Chain. Tất cả đều tạo ra các đối tượng của họ cho phù hợp.

Bảng thứ ba cũng nhằm mục đích tạo ra các vật thể đặc biệt có đặc điểm vật lý riêng. Ở đây bạn sẽ tìm thấy các công cụ Spring, Mount, Axle và Trace. Tôi nghĩ mục đích của ba mục đầu tiên không cần phải giải thích, nhưng mục đích cuối cùng dùng để hiển thị dấu vết quán tính từ chuyển động của bất kỳ vật thể nào mà công cụ được gắn vào (xem ví dụ về Cycloid).

Trình đơn "Quản lý":

Ở đây chúng ta thấy một cái gì đó tương tự như bảng điều khiển của một trình phát tiêu chuẩn. Có các nút đảo ngược (hủy/lặp lại) và “phát” (tương ứng, bắt đầu thử nghiệm).

Tiếp theo là thanh trượt tỷ lệ và hai nút điều hướng. Thang đo trong Phun có thể được thay đổi theo ba cách: di chuyển thanh trượt, giữ nút chuột trái (+/-) hoặc sử dụng con lăn chuột khi nó ở trên trường thí nghiệm. Nút mũi tên được sử dụng để di chuyển xung quanh khu vực làm việc. Nhấn giữ và di chuyển chuột. Mặc dù, theo tôi, sẽ thuận tiện hơn khi thực hiện thao tác tương tự bằng cách giữ nút chuột ở bất kỳ đâu trên khu vực làm việc.

Hai nút cuối cùng trên bảng điều khiển được sử dụng để tạo ra không gian không trọng lượng và không có không khí. Theo mặc định, trọng lực tương ứng với giá trị hiện tại là 9,8 m/s 2 và lực cản không khí là 1. Nhưng những giá trị này có thể dễ dàng thay đổi trong “Cài đặt” trong menu con “Trình mô phỏng”. Ở đó bạn cũng có thể đặt tốc độ mô phỏng (mặc định - 1).

Trước khi bắt đầu tạo cảnh của riêng mình, bạn nên xem xét một chi tiết điều khiển quan trọng khác - menu ngữ cảnh.

Trong Phun, menu ngữ cảnh luôn hiển thị với bạn và bạn có thể dễ dàng thay đổi thuộc tính của bất kỳ đối tượng nào trong thời gian thực. Ở dạng chung nhất, menu ngữ cảnh được hiển thị cho không gian làm việc. Tại đây chúng ta có thể tùy chỉnh giao diện của cảnh, thêm một trong các đối tượng làm sẵn để lựa chọn và thay đổi màu nền.

Bây giờ chúng ta đã sẵn sàng làm việc với Phun, và trước tiên tôi đề xuất tiến hành một thí nghiệm nhỏ để kiểm tra xem định luật vạn vật hấp dẫn có hoạt động trong chương trình hay không.

Thử nghiệm đầu tiên

Để thực hiện việc này, hãy chọn “Cảnh mới” từ menu “Tệp” và vẽ mặt phẳng ngang (0°). Bây giờ chúng ta sẽ treo hai vật thể, một cái lớn hơn và một cái nhỏ hơn, ở cùng một độ cao (để giải trí, tôi đã làm quả bóng nhỏ bằng kim loại và quả bóng lớn bằng thủy tinh).

Thao tác phức tạp hơn với cơ thể và chất lỏng

Hãy làm phức tạp thí nghiệm bằng cách thêm nước thay vì bề mặt rắn nơi các vật thể tiếp đất.

Hãy đặt hai cây cột (hình chữ nhật) và cố định chúng thật chắc chắn. Đây sẽ là một thùng chứa nước của chúng tôi. Bây giờ hãy “đổ” nước vào đó. Để tạo nước, chỉ cần vẽ một vật thể lớn giữa các cột, sau đó chọn “Biến thành nước” trong menu ngữ cảnh của nó trong “Hành động”.

Sẵn sàng! Bạn có thể chạy thử nghiệm.

Cảnh sẵn sàng

Đánh giá về chương trình sẽ không đầy đủ nếu không đề cập đến việc có rất nhiều cảnh quay dựng sẵn cho Pun. Một số trong số chúng có sẵn nếu bạn nhấp vào nút "Mở cảnh" trong menu "Tệp". Nếu điều này vẫn chưa đủ đối với bạn, bạn luôn có thể tải xuống hàng nghìn ứng dụng khác từ Internet. Chỉ cần chọn “Tải xuống nhiều cảnh hơn” từ cùng một menu “Tệp”.

Chúc các bạn sáng tạo thành công và luôn thử nghiệm thành công :)!

Và theo truyền thống, một trò chơi flash cũng dựa trên một số yếu tố vật lý. Ở đây chúng tôi vận hành một máy xúc từ có nhiệm vụ chính là nạp tất cả các hộp vào máy. Nhưng càng đi xa thì việc thực hiện điều này càng khó khăn hơn.

tái bút Được phép tự do sao chép và trích dẫn. bài viết này tùy thuộc vào việc chỉ ra mở liên kết hoạt động về nguồn và bảo vệ quyền tác giả của Ruslan Tertyshny.

P.P.S. Nếu bạn thích chương trình này, thì tôi khuyên bạn nên chú ý đến một chương trình khác cũng thú vị không kém. Chương trình Bắt đầu Điện tử sẽ cho phép bạn mô phỏng các quy trình thực tế trong nhiều loại mạch điện mà bạn tạo ra!