方形沿直线翻滚的运动仿真分析

muoubear*

在ug仿真模块中，要实现图1所示的仿真，有两种实现方法：

• 方法一：创建辅助连杆，即方形每多转一个90°，就多附加一个辅助连杆，如果转360度，则需要3个辅助连杆（图2中洋红色线段），回转中心分别是辅助杆的端点，共4个旋转副，需要4个驱动，如图2所示；
• 方法二：先让方形转90°，然后将方形质点的运动参数，即x向位移，y向位移，z向角位移分别保存成Afu文件，方块后续的运动，其质点的运动规律都与前90°相同，所以只需要编辑这三个Afu文件中的数据，即可复刻前90°的运动规律，此时的回转中心是方形的质心，仅需要创建1个连杆，1个连杆驱动即可实现图1所示的仿真。
  
  
  

图1 方形沿直线连续进行翻转

图2 方法一所做的运动仿真动图

方法一本案例不做具体步骤分析，读者可以去文末下载源文件了解。

下文仅对方法二进行具体步骤讲解：

新建一个草图，绘制1个正方形（边长为20），1个质心标记点（质心坐标X=10，Y=10），1个角点标记点（角点坐标X=0，Y=0），和1条水平参考线，对草图进行曲线投影，更改水平直线线型为双点划线参考线，宽度为0.25，如图3所示。选定正方形（包括质心点和左下角点）为运动体，并在其右下角创建固定旋转副，矢量方向为-ZC，选定该运动副添加驱动，驱动方式为多项式，速度为90°，其他参数为默认值0。

图3 绘制仿真草图

创建解算方案，时间为1s，步数为18，重力方向为-YC，其余参数设定为默认。

求解，查看动画，如图4所示。

图4 方形转90°的仿真动图

在运动导航器点击方形运动体，再在XY结果视图中的位移→幅值→X上右键创建图对象，此时在运动导航器→结果→XY作图下面会有一个B001[Mass center]->X,Displacement(abs)的作图对象，该作图对象就代表了方形质点在这1s内沿X向的绝对位移值（参考系为绝对坐标系）。

同理，可以创建质点沿Y向的绝对位移值，和质点绕Z（欧拉角1）转动的位移值的作图对象，运动导航器→结果→XY作图下面显示为B001[Mass center]->Y,Displacement(abs)，和B001[Mass center]->Euler1,Displacement(abs)。

在B001[Mass center]->X,Displacement(abs)的作图对象上右键，点击存储，文件命名为Xdpm，同理将质点Y向和绕-ZC向的作图对象分别存储为Ydpm和Zdpm。

以上三个后缀为.Afu的文件就是该质点在1s内在XY平面的运动数据，删除或停用前面对方形右下角建立的固定旋转副，接下来我们用上面的3个Afu表数据驱动方形质点进行仿真验证。

点击驱动，驱动类型选运动体驱动，选择方形连杆，原点选质点，方位类型选坐标系，切至平移选项卡，X选函数驱动，点击f(x)函数管理器，选择Afu格式的表，在表格中选择刚刚创建的Xdpm.afu文件，点击确认，同理对平移选项卡的Y和旋转选项的卡的Z创建函数驱动，在f(x)函数管理器→Afu格式的表中，分别选择Ydpm.afu和Zdpm.afu文件，其余3个自由度的驱动为默认的无，完成对方形质点用AFu表数据驱动的设定。

重新求解，并查看动画，如图5所示。

图5 用原始AFU表数据驱动方形质点转90°

从图5可以看出，方形的质点在动画开始沿X和Y轴各移动了一个初始位移值10，此数值等于质点在绝对坐标系中的值，说明采用Afu表数据驱动，方形质心的运动是以质心所处的原点作为坐标系的为原点，所以才会出现图5所示的运动情况。

点击主页选项卡→f(x)函数管理器，打开XY函数管理器，编辑Xdpm.afu，选择创建步骤中的XY选项卡，点击用文本编辑器编辑数据，弹出图6所示的数据，全选并复制，打开Excel，粘贴到Excel表格中待编辑。同理编辑Ydpm.afu和Zdpm.afu，将数据都粘贴至Excel的同一表格中待编辑。

muoubear*

粘贴至Excel中的数据，每个单元格都是以字符的形式呈现，以Xdpm.afu表数据为例，单元格数据为time,X，即时刻值,X位移值，Y向和绕Z向的数据同理，如图6所示。

图6 粘贴afu表数据至Excel表格待编辑

使用字符提取函数和字符转数值函数，将时刻单独提出为一列，X，Y和Z的位移值分别提出为一列，共4列数据，此时四列单元格的数据均为数字值，如图7所示。

图7 提取time，X，Y，和Z并转换成数字格式

Excel表格中G，H，I列为方形质点在绝对坐标系中沿X，Y，绕Z的位移值，我们另起三列数据，将其转换成以方形质点为坐标系原点的相对值，即X，Y，Z列数据分别减去G2，H2，和I2单元格的数值，如图8所示。

图8 将绝对位移值转换成相对位移值

使用Excel的合并函数&，组合出采用相对坐标值的Afu表数据，如图9所示。

图9 使用&函数组合出采用相对位移值的AFU表数据

用图9中M，N和O列数据分别去替换f(x)函数管理器中的Xdpm.afu，Ydpm.afu，和Zdpm.afu中的数据值，以Xdpm.afu为例，复制M2：M20区间的单元格，点击主页选项卡→f(x)函数管理器→AFU格式的表→Xdpm.afu，选择编辑→XY数据→用文本编辑器编辑数据，弹出文本编辑器，用复制的数据替换原先数据。同理，用Excel中N列，和O列的数据去替换f(x)函数管理器中Ydpm.afu和Zdpm.afu的表数据。

完成Afu表数据替换后，点击求解，会弹出AFU记录读取警告信息窗口，提示被引用的记录已经修改，点击是确认即可，完成求解后，关闭信息窗口，查看动画，如图10所示。

图10 用相对坐标值的AFU表数据驱动方形质点转90°

方形再历时3s往右翻转3个90°，此时质点的运动规律与前90°的翻转相同，在Excel中对这三列数据进行简单的编辑即可，具体操作为，F21单元格键入：F20+F3-F2，表示时间t按前1s的规律增加；J21单元格键入：J20+J3-J2，表示x位移按前1s的规律增加，K21单元格键入：K3，表示按前1s的规律运动，L21单元格键入：L20+L3-L2，表示z位移按前1s的规律增加，合并Afu表数据的单元格公式同上即可。

选中F21：P21区域的单元格，下拉至第74行，如图11所示（图中隐藏了22至72行的数据）。

图11 添加后3s方形翻滚的Afu表数据

复制图11中M，N和O列数据分别去替换f(x)函数编辑器中的Xdpm.afu，Ydpm.afu，和Zdpm.afu中的数据值，更改解算方案时间为4s，步数为72，点击求解，确认随后弹出的AFU记录读取警告信息窗口，完成求解后，关闭信息窗口，查看动画，如图12所示。

图12 用更改后的Afu表数据使方形沿直线翻滚4个90°

从上面的操作来看，方法二貌似繁琐复杂，实则不然，方法二仅需要创建1个连杆，1个连杆驱动，该案例连杆驱动也只需要创建3个AFu表数据，若让方形连续翻转N个90°时，方法一则行不通，方法二则仅需要编辑Afu表数据，并更改解算方案的时间和步数即可。

通过更改上述Afu表数据，我们还可以得到图13所示的动图仿真，方法同上，这里不再进行赘述。

图13 小方形在大方形内进行翻滚

本案例源文件使用NX 1872版本所做，解算方案1为方形沿直线翻滚仿真，解算方案2为小方形在大方形内翻滚仿真。部分NX低版本读者可能无法打开仿真文件，可以按教程进行绘图和操作，仿真所需的Afu表数据，可以直接采用文末文件包中的Excel数据。

0571*

感觉整复杂了，用个点在线上的约束就解决了。

清源妙道真君

学习力，一步步的跟着学

saildream

可以，厉害

gxh96

学习中。谢谢楼主的分享。

weijiafu

学习了，大神能分享一下08年奥运会开幕的那个书卷打开和活字动画吗

weijiafu

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machine75

现在给学生讲这个，谢谢您的案例

如云得龙

试着做了一下，学到了很多东西，谢谢