Применение имитационных моделей при исследовании динамической нагруженности металлоконструкции поста управления навесного гидроманипулятора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение имитационных моделей при исследовании динамической нагруженности металлоконструкции поста управления навесного гидроманипулятора

Кречин В.А.,

Корниенко В.В.

Аннотации

The article gives some advantages of imitating computer models usage while investigating dynamic load of metal constructions.The authors give an example of their usage while conducting tensometric research of metal constructions of hydraulic manipulator control station.

Издавна ученые, конструкторы и инженеры применяют различные способы моделирования. Это полезно при изучении сложных процессов или систем, конструировании новых устройств или сооружений, поскольку модель более доступна для исследования, чем реальный объект. Модель - это некоторый материальный или идеальный объект, замещающий объект-оригинал, сохраняя его характеристики, важные для данной задачи.

Все способы моделирования можно разделить на две большие группы. В одном случае моделью является предмет, воспроизводящий те или иные геометрические, физические и т.п. характеристики оригинала. Это - материальное (физическое) моделирование. Исследование таких моделей - реальные эксперименты с ними.

По иному происходит работа с информационными (идеальными) моделями, являющимися описаниями объектов-оригиналов с помощью схем, графиков, формул, чертежей и т.п. Идеальные модели, используемые при решении современных практических задач, настолько сложны, что исследовать их без помощи компьютеров практически невозможно. [1]

Компьютерное моделирование - это метод решения задач анализа или синтеза сложных систем на основе использования компьютерных моделей. Под компьютерной моделью понимается условный образ объекта или некоторой системы, описанный с помощью взаимосвязанных компьютерных таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов и т.д., отображающий структуру и взаимосвязи между элементами объекта (структурно-функциональная модель), а так же программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов воспроизводить процессы функционирования объекта при условии воздействия на него различных факторов (имитационные модели).

Компьютерное моделирование имеет ряд преимуществ по сравнению с другими подходами. В частности, эта технология позволяет моделировать сложные динамические системы с большим числом переменных и сложными внутренними связями, не всегда явными и ярко выраженными, а так же дает возможность предсказывать развитие нелинейных процессов и возникновение синергетических эффектов. Кроме того, имитационное моделирование позволяет изучать систему как единое целое, при желании фокусируя внимание на отдельных ее элементах

Компьютерное моделирование является эффективным методом решения задач анализа и синтеза сложных систем. Методологической основой компьютерного моделирования является системный анализ, именно поэтому в ряде источников наряду с термином "компьютерное" используется термин системного моделирования

Доминирующей тенденцией сегодня является взаимопроникновение всех видов моделирования, симбиоз различных информационных технологий в области моделирования, особенно для сложных приложений и комплексных проектов по моделированию. Так, например, имитационное моделирование включает в себя концептуальное моделирование (на ранних этапах формирования имитационной модели), логико-математическое - для описания отдельных подсистем модели, а также в процедурах обработки и анализа результатов вычислительного эксперимента; технология проведения, планирования вычислительного эксперимента с соответствующими математическими методами привнесена в имитационное моделирование из физического (натурного) моделирования; наконец, структурно-функциональное моделирование используется при создании стратифицированного описания многомодельных комплексов.

Становление компьютерного моделирования связано с имитационным моделированием; имитационное моделирование было исторически первым, по сравнению со структурно-функциональным, без ЭВМ никогда не существовало и имеет целый ряд специфических черт.

Имитационное моделирование - один из видов компьютерного моделирования, использующий методологию системного анализа, центральной процедурой которого является построение обобщенной модели, отражающей все факторы реальной системы, в качестве же методологии исследования выступает вычислительный эксперимент.

Имитационная модель строится строго целенаправленно, поэтому для нее характерно адекватное отображение исследуемого объекта, логико-математическая модель системы представляет собой программно реализованный алгоритм функционирования системы. При имитационном моделировании структура моделируемой системы адекватно отображается в модели, а процесс ее функционирования имитируется на построенной модели. Под имитацией понимают проведение на компьютерах различных серий экспериментов с моделями, которые представлены в качестве некоторого комплекса компьютерных программ. Особую роль имеет возможность многократного воспроизведения моделируемых процессов с последующей их статистической обработкой, позволяющая учитывать случайные внешние воздействия на изучаемый объект. [2]

Целесообразно применение компьютерных имитационных моделей при исследовании статических и динамических нагрузок различных металлоконструкций. В частности, компьютерное имитационное моделирование применялось при проектировании установки для изучения нагруженности металлоконструкции комбинированного навесного гидроманипулятора - рисунок 1. Установка представляет собой физическую модель образца комбинированного манипулятора, выполненную в масштабе 1:1, жестко закрепленную на раме сварной конструкции из стандартного прокатного профиля. Функционирование установки осуществляется с помощью гидроцилиндров, работающих от насосной станции через систему золотников и распределителей. Данная установка предназначена для исследований процессов, происходящих в металлоконструкции гидроманипулятора при различных режимах работы, в том числе и для исследования динамической нагруженности манипулятора посредством акселерометрирования и тензометрирования. Эти методы нашли широкое применение в научных исследованиях при измерении неэлектрических величин. Однако, очень часто при тензометрировании возникает неопределенность при выборе мест наклейки тензодатчиков. Гидроманипулятор имеет сложную конструкцию, при исследовании динамической нагруженности которого аналитически весьма затруднительно определить места наибольших внутренних напряжений металлоконструкции и, соответственно, места наклейки тензодатчиков.

1 - гидроманипулятор; 2 - рама; 3 - аутригеры; 4 - пост управления;

5 - бак масляный; 6 - ЭВМ; 7 - виброизмерительный прибор; 8 - акселерометр. модель компьютерный физический

Рисунок 1 - Общий вид экспериментальной установки для исследования динамической нагруженности металлоконструкции навесного гидроманипулятора

Одним из решений данной проблемы может послужить компьютерная имитационная модель гидроманипулятора, либо его отдельных частей, представляющих интерес для ученых. В частности, для исследования нагруженности металлоконструкции поста управления манипулятором была выполнена его компьютерная имитационная модель в масштабе 1:1 - рисунок 2. Модель выполнена в системе автоматизированного проектирования SolidWorks, которая позволяет создавать пробные чертежи и модели деталей и сборочных единиц, а также проводить различные исследования, испытания и оптимизацию частей построенных моделей.

1 - места крепления кронштейна к колонне гидроманипулятора; 2 - места крепления кресла оператора; 3 - места наибольшего внутреннего напряжения металлоконструкции.

Рисунок 2 - Кронштейн поста управления навесного гидроманипулятора

Стрелками на местах крепления кресла оператора показано направление нагрузки от кресла и веса оператора. Места наибольших внутренних напряжений выделены изменением цветовой гаммы и представляют собой более светлые участки на теле имитационной модели.

Данная модель использовалась для определения мест наклейки тензодатчиков при экспериментальных исследованиях вертикальных динамических нагрузок металлоконструкции поста управления навесного гидроманипулятора ОМТЛ-70-02.

Литература

1. Компьютерное моделирование [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - М.: Интернет-портал "Учеба.ru", 2009. - Режим доступа: http://www.ucheba.ru/referats/4945.html, свободный. - Загл. с экрана.

2. Компьютерное моделирование [Электронный ресурс] - Электрон. дан. - М., 2004. - Режим доступа: http://www.mista.ru/gorod/diplom/2_3.htm, свободный. - Загл. с экрана.

3. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 400 с.

Размещено на Allbest.ru