WORKING MODEL 2D Instrukcja laboratoryjna 1.

WORKING MODEL 2D Instrukcja laboratoryjna 1. I. Wprowadzenie. System Working Model jest programem opartym na metodzie symulacji numerycznej, przeznaczonym do prowadzenia dwuwymiarowych (Working Model 2D) oraz trójwymiarowych (Working Model 3D) analiz z zakresu kinematyki i dynamiki mechanizmów. System ten jest produkowany i rozwijany przez amerykańskąfirmęmsc Working Knowledge. Urzeczywistnia on ideęwirtualnego prototypowania mechanizmów, mającego za zadanie ograniczenia prototypowania fizycznego w procesie powstawania nowego produktu. W systemie Working Model możemy przeprowadzaćanalizy kinematyczne i dynamiczne w zakresie mechaniki Newtonowskiej, symulowaćzagadnienia kolizji ciał, przeprowadzać analizy mechaniki ruchu drgającego, analizy z zakresu teorii mechanizmów oraz analizy quasistatyczne. Rdzeniem graficznego interfejsu użytkownika jest Smart Editor. Śledzi on połączenia i więzy pomiędzy obiektami w trakcie ich konstruowania oraz daje, między innymi, funkcjęautomatycznego "zatrzaskiwania", bardzo często spotykanąw aplikacjach CAD. Working Model jest systemem parametrycznym. Każdy parametr można wprowadzićw formie zależności funkcyjnej (wyrażenia i formuły tworzy siępodobnie jak w arkuszach kalkulacyjnych). Programy Working Model mająmożliwośćwspółpracy z aplikacjami CAD. Working Model 2D może importowaćpliki popularnego formatu DXF, natomiast Working Model 3D - pliki w formacie ACIS (*.SAT) oraz sterolitografii (*.STL). Do sterowania procesem symulacji w Working Model można stosowaćinne aplikacje, takie jak Excel czy Matlab, przy użyciu techniki dwustronnej wymiany danych w czasie rzeczywistym DDE (Dynamic Data Exchange). 1

Working Model może eksportowaćwyniki w formie plików tekstowych oraz bezpośrednio do arkusza kalkulacyjnego, natomiast animacje mogąbyćzapisane w formacie Video for Windows (*.AVI). Dodatkowo Working Model 3D ma możliwość eksportu plików w formacie VRML. Working Model 2D od wersji v4.0 zawiera dodatkowo moduły: Flexible Beam (podatnośćbelek), Bending Moment (momenty gnące), Joint Friction (tarcie w złączach) i AutoMotion 2D (translator z AutoCAD do Working Model). Working Model 3D posiada interfejsy do programów CAD, takich jak Solid Edge, Mechanical Desktop, Pro/Engineer czy Solid Works. Umożliwia to przeniesienie modelu z aplikacji CAD do Working Model poprzez "kliknięcie" jednej ikony. Stworzona w systemie CAD geometria, dzięki technologii ACM - Automatic Constraint Mapping, automatycznie zostaje odwzorowana na detale, a geometryczne powiązania na połączenia mechaniczne. Zmiany w modelu CAD automatycznie aktualizująokno symulacji. PRACA W WORKING MODEL. Po wejściu do programu otwieramy: -VIEV / WORKSPACE -zaznaczamy następnie RULES; GRID LINES; X, Y AXLES; -zamykamy okienko. II Opis podstawowych funkcji i narzędzi wykorzystywanych w programie. 1. Tworzenie elementów. Utwórz poniższe elementy. Circle - do tworzenia okręgów. Kliknij na Circle na przyborniku a następnie na przestrzeńroboczą. Aby zmienićwymiary elementów przeciągnij myszkątrzymając jednocześnie lewy przycisk. Rectangle Square - do tworzenia prostokątów. - do tworzenia kwadratów. 2

Polygon or curved polygon - do tworzenia wielokątów i krzywych. PODWÓJNE KLIKNIĘCIE NA NARZĘDZIE SPOWODUJE POZOSTANIE W URZYCIU TEGO NARZĘDZIA AŻDO WYBRANIA NASTĘPNEGO. 2. Zmiana właściwości elementów. Usuńwszystkie elementy prócz kola. Wybierz kolo i kliknij dwa razy na nim lewym przyciskiem myszy, lub wybierz wcześniej zaznaczając kolo: WINDOW / PROPERITIS Ukarze sięnam okienko: X,Y ustawienie położenia przedmiotu na przestrzeni roboczej, b) WprowadźX,Y: WprowadźX=0,Y=0. 3

R- obrót o zadany kąt 0 360 st. Obrót elementów można wykonywaćtakże przy pomocy: Rotate tool. c) WprowadźR: R=45 [st] d) Pozostałe dane wprowadźdowolnie: Lista rozwijana na górze: może służyćtakże do wyboru kolejnych elementów BODY 1- poligon BODY 2 circle itd., Vx,Vy- składowe wektora prędkości V=(Vx^2*Vy^2)^1/2 [m/s], VR- prędkośćkątowa wyrażona w [st/s], Material-material, Mass masa elementu [kg], Elastic elastyczność, sprężystość, Charge ładunek w Coulombach [C], Density gęstość, Moment moment bezwładności [kg *m^2]. 3. Edycja utworzonych elementów. Zaznaczamy klikając na kolo prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno: WINDOW / APPERANCE Ukazuje sięnam okienko: Przy pomocy tego okienka możemy edytowaćwygład naszych elementów: Color - kolor; Frame ramka, obwiednia, Pattern szablon wzoru, 4

Przykładowo: i wyświetlać: Show name nazwa elementu, można ja samemu nadaćwprowadzając Przykładowo: Wykonaj samodzielnie: Show center of mass wyświetlanie centrum masy, Show circle orientation wyświetlenie aktualnego położenia kątowego kola ( promień), Track center of mass śledzenie centrum masy klatka po klatce, Track connect- śledzenie połączenia klatka po klatce Przykładowo: 5

Utwórz element jak poniżej: 4. Zmiana wymiarów geometrycznych elementów. Usuwamy poprzednio wprowadzone elementy i tworzymy prostokąt o wymiarach pokazanym na rysunku poniżej. Zaznaczamy klikając na prostokąt prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno: WINDOW / GEOMETRY Ukazuje sięnam okienko (w zależności od wybranego elementu) w naszym przypadku: Mamy pokazanąpowierzchnie naszego prostokąta -Area, dodatkowo wysokość Heigh, długość Width - jak widaćmożemy je dowolnie zmieniać. W przypadku powyższych ustawieńpołożenie centrum masy będzie jak poniżej: Położenie centrum masy wyświetlamy: WINDOW / APPERANCE / Show center of mass 6

Jeśli natomiast chcemy zmienićpołożenie centrum masy x-offset wprowadzamy, współrzędne x-offset,y - offset. Wprowadźwartości x i y jak powyżej. Otrzymamy element z centrum masy jak poniżej: 5. Unieruchomianie elementów. Spróbujmy teraz uruchomićprogram przyciskiem: W momencie uruchomienia programu element zaczyna bezwładnie spadaćjest to spowodowane tym, że, w programie domyślnie ustawione jest przyciąganie ziemskie z przyspieszeniem 9,81m/s^2. Resetujemy program lub Ctrl + R.. Aby zmienićlub wyłączyćprzyspieszenie ziemskie wybieramy kolejno: WORLD / GRAWITY Ukazuje sięnam okienko: 7

Jeśli wybierzemy None element nie będzie bezwładnie spadałpozostanie na miejscu, podkreślićtrzeba ze bez przyspieszenia ziemskiego mechanizmy tworzone w programie nie będąmiały odpowiedników w rzeczywistości. Zamykamy okienko bez wprowadzania zmian. Unieruchamianie elementów w naszym przypadku będziemy wykonywaćpoprzez ograniczenie wszystkich stopni swobody za pomocą Anchor -. Kliknij na a następnie na prostokąt, uruchom program jak widaćpozostaje na miejscu. Zresetuj program. 6. Ograniczenia constraint. Ograniczenia wprowadzamy za pomocąnastępujących narzędzi: Ropes, Springs, Rods, and Separators: Rope Spring -lina, -sprężyna, Rod - pręt, Separator - separator, Dampers, Damped Springs, and Actuators Damper -tłumik, Damped spring - sprężyna + tłumik, Actuator - siłownik, 8

Wykonaj jak na rysunku poniżej: - za pomocąliny a następnie uruchom program - za pomocąpręta W Working Modelu ważna jest kolejnośćumieszczania elementów i ograniczeń najpierw tworzymy elementy a następnie ograniczenia!!! - za pomocąsprężyny wprowadźukład w drgania, przesuńkoło do góry i uruchom Wypróbuj pozostałe elementy!! Aby zmienićwłaściwości ograniczeńnależy kliknąćdwa razy na jeden z elementów Ropes, Springs, Rods,.Separators, Dampers, Damped Springs, Actuators albo wykonaćkolejno: WINDOW / PROPERITIS wcześniej zaznaczając element. a następnie wprowadzićdane. W przypadku sprężyny: 9

K stała sprężystości [N/m], Lenght długość[m] Każdy z elementów posiada odmienne właściwości.!! 7. Tworzenie połączeń joint Połączenia wprowadzamy za pomocąnastępujących narzędzi: Pin joint Rigid joint -połączenie obrotowe. -sztywne połączenie, Straight Slot joint Curved slot joint -suwak poruszający siępo linii prostej obrotowy, - suwak poruszający siępo linii krzywej obrotowy, Do wykonywania połączeńsłuży także. Umieśćw dowolnym miejscu kwadrat i koło 10

Przykładowo: Następnie na kwadracie w jednym z rogów umieśćpoint element Pin joint tak jak poniżej: a w środku koła Wciskając Shift zaznacz Point na kwadracie a następnie Pin joint na kole, w tym momencie powinny ci siępodświetlićprzyciski : wciskając Join otrzymamy: Nastąpiło samoczynne połączenie kwadratu z kołem, przy czym koło ma możliwośćobrotu. W przypadku, gdy chcemy rozłączyćdwa elementy, np. silnik i koło klikamy na jedno z nich i wciskamy. 8. Inne elementy: Pully - bloczek z linką, Wykonaj i uruchom: 11

Gear - koła zębate, 9. Stosowanie siły Force oraz momentu Torque. Force - Torque - - siła, - moment, Wykonaj: Wykorzystaj do tego celu: Dwa elementy typu Rectangle A i B a następnie unieruchom je tak jak pokazano na rysunku. przy pomocy. Następnie utwórz Square C, a by element C nie spadałbezwiednie użyj suwaka Slot Join, powinny siępojawićdwie równoległe linie przechodzące przez cały ekran. Spróbuj poruszaćkwadratem jak widaćmożna go obracaći przesówaćtylko w poziomie. 12

Przymocuj do kwadratu C sprężynę+ tłumik Spring Damper. Wózek wykonaj samodzielnie. Po wykonaniu wózka przymocuj do niego z tylu siłęprzy pomocy Force. Uruchom program. Tak jak wszystkie poprzednie elementy można także zmieniaćwartośćsiły. Można to wykonaćna trzy sposoby: Poprzez rozciągniecie strzałki nie możemy ustalićdokładnej wartości, Poprzez dwukrotne kliknięcie na strzałke lub zaznaczenie strzałki i wybranie WNDOW / PROPERITIS, Ukaże nam sięokienko: Fx, Fy - składowe wektora siły F w układzie kartezjańskim zaznaczona opcja Cartezjan. [F] siła, R- kąt w układzie biegunowym Polar, Opcja Rotate with body służy do obrotu siły wraz z elementem. Wykonaj i uruchom nie zaznaczając Rotate with body. Następnie uruchom włączając tąopcje. 13

10. Wyświetlanie wektorów i ich składowych. Wykonaj dokładnie jak na rysunku wykorzystując wszystkie poznane do tej pory elementy: Nowym narzędziem jest Motor umiejscowiony jako układ napędowy kola można zmieniaćjego właściwości tak jak innych elementów. Aby wyświetlićwektory należy zaznaczyćpunkt P1 a następnie wykonać: DEFINE / VECTORS / Zaznaczyćjedna z opcji ( można wszystkie p kolei wyświetlone zostanąwszystkie wektory) My jednak wyświetlimy tylko prędkość Velocity tączynnośćnależy wykonaćjeszcze 2 razy dla punktów P2 i P3., Przy czym punkt P2 zostałumieszczony przy pomocy. Po uruchomieniu programu powinien na ukazaćsięobrazek: UWGA! Aby zatrzymaćukład bez utraty widoku wektorów należy wcisnąć. Aby wyświetlićskładowe poszczególnych wektorów punktów P1, P2, P3 należy zaznaczyć dany punkt lub element i wybrać: DEFINE / VECTOR DISPLAY/ 14

Powinno sięukazaćokienko: Zaznaczamy : aby wyświetlićskładowe Vx I Vy. Pozostałe opcje słóządo edycji wektorów koloru, punktu zaczepienia. Układ powinien wyglądać: Możemy także edytowaćdługości i stosunek wektorów. Tak jak poprzednio zaznaczamy jeden z punktów i wykonujemy: DEFINE / VECTOR LENGHT. Przesuwając suwaki definiujemy długości poszczególnych wektorów SIŁY, PRĘDKOŚCI, PRZYSPIESZENIA. Aby wyświetlićwektory całego mechanizmu zaznaczamy wszystkie elementy trzymając Shift, (klikamy w jednym miejscu i trzymając lewy przycisk myszki przeciągamy w inne miejsce), następnie wybieramy ponownie: DEFINE / VECTORS / Velocity. Uruchamiamy ponownie. 15

11. Przestrzeńrobocza edycja. W Working Model możemy definiować: - przyciąganie ziemskie i przyspieszenie, -opór powietrza, -elektrostatyczne efekty, -pola sił, Opór powietrza: WORLD / AIR RESISTANCE None żadne, Standard standardowe (proporcjonalne do prędkości), High wysokie. Elektrostatyczne efekty: WORLD / ELEKTROSTATIC EFFECTS 16

Pole sił: WORLD / FORCE FIELDS Możemy wybieraćprzykładowe pola z menu rozwijanego Sample Force lub definiowaćje sami. 12. Pomiary. W programie tym jest możemy dokonywaćwielu pomiarów np.: siły, momentu, przyspieszenia. Utwórz koło o danych parametrach: Następnie umieśćw centrum koła Motor. Wprowadźdane (klikając dwa razy na motor): 17

Następnie umieśc na obrzeżu kola Point P1. tak jak na rysunku poniżej A by dokonaćpomiary przemieszczeńpunktu P1 zaznacz go i wybierz: MEASURE / Position Ukarze się: Pozycja punktu P1 w czasie wartości liczbowe. Po naciśnięciu strzałki zmieni sięsposób wyświetlania. Na wykres: Lub wykres słóbkowy: 18

Na wykresie mamy przedstawione przemieszczenia współrzędnych x,y oraz rot. Aby wyświetlićtylko x należy kliknąćna wykres dwa razy, pojawi sięwtedy okienko: Usuwamy y i rot, aby otrzymaćtylko wykres x. Podobnie możemy postępowaćz momentem, pedem itd. Nie musimy koniecznie umieszczaćpunktów na elementach żeby wykonywaćpomiary można to także robićz całymi elementami kwadratem, kołem. Wykonaj poniższy rysunek Velocity = 10: Zaznacz prostokąt i wybierz: MEASURE / Momentum 19

Otrzymamy: 13. Tworzenie przycisków kontrolnych. Wykonaj poniższy rysunek: Następnie zaznacz Motor i wykonaj: DEFINE / NEW CONTROL / Rotational velocity Na przestrzeni roboczej pojawi się: Przesuwajac suwakiem możemy regulowaćprędkośćobrotową.silnika. Klikając 2 razy na napis Motor koło suwaka włącza opcje właściwości: 20

Możemy wpisaćwartośćmin i max, z jakąsięporusza silnik. Snaps krok co jaki będązmienaiane wartości. Klikając na prostokąt i wykonując dla niego te same czynności, co dla silnika możemy rególowaćjego masą, położeniem wymiarami. Pozostałe opcje: 21

14. Skrypty. Dzieki skryptom możemy tworzyćnowe obiekty, tworzyćograniczenia, opisywac je za pomocąjęzyka programowania zawartego w working model. Wykonaj : SCRIPT / EDITOR Przykładowy skrypcik : Sub Main() Dim Doc as WMDocument DimProstokat as WMBody -zdefiniowanie prostokąta Dim Silnik as WMConstraint zdefiniowanie silnika Set Doc=WM.ActiveDocument Set Prostokat=Doc.NewBody("Rectangle") Prostokat.PX.Value=0 określenie pozycji X,Y Prostokat.PY.Value=0 Prostokat.Width.Value=0.5 określenie wymiarów Prostokat.Height.Value=6.5 Prostokat.Mass.Value=3 określenie masy Set Silnik=Doc.NewConstraint("Motor") Set Silnik.Point(1).Body=Prostokat przypisanie silnika prostokątowi Silnik.Point(1).PX.Value=0- określenie położenia silnika Silnik.Point(1).PY.Value=3 Silnik.MotorType="Velocity"- wartośćregulowana prędkość Silnik.Field.Formula="200*sin(t*8))" określenie pola sił Prostokat.PR.Value=45 początkowa pozycja prostokąta Doc.Run-45 Doc.Reset End Sub Uruchamiamy skrypt: RUN/ START Następnie po pojawieniu sięelementów wciskamy :. 22