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[原创] 方形沿直线翻滚的运动仿真分析

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大校

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楼主
发表于 2021-12-19 21:22:11 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 muoubear* 于 2021-12-19 21:27 编辑


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1s步数18重力方向-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


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)


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YdpmZdpm


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。


点击驱动驱动类型运动体驱动,选择方形连杆,原点选质点,方位类型坐标系,切至平移选项卡,X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.afuZdpm.afu文件,其余3个自由度的驱动为默认的,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.afuZdpm.afu,将数据都粘贴至Excel的同一表格中待编辑。



square.zip

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沙发
 楼主| 发表于 2021-12-19 21:33:05 | 只看该作者
本帖最后由 muoubear* 于 2021-12-19 21:34 编辑


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GHI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G2H2,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.afuYdpm.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Ydpm.afuZdpm.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MNO列数据分别去替换f(x)函数编辑器中的Xdpm.afuYdpm.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,并更改解算方案时间步数即可。


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。



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少将

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板凳
发表于 2021-12-20 09:29:23 | 只看该作者
感觉整复杂了,用个点在线上的约束就解决了。
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地板
发表于 2021-12-25 11:23:38 | 只看该作者
学习力,一步步的跟着学
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发表于 2021-12-28 13:26:13 | 只看该作者
学习中。谢谢楼主的分享。
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发表于 2021-12-30 20:29:06 | 只看该作者
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
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发表于 2022-4-29 11:28:21 | 只看该作者
现在给学生讲这个,谢谢您的案例
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发表于 2022-5-30 14:14:54 | 只看该作者
试着做了一下,学到了很多东西,谢谢

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