Моделювання кабелів та шлангів - вимоги та впливи - PDF скачати безкоштовно
Моделювання кабелів і шлангів - Вимоги та впливи - Відділ інформатики Університету Кобленц-Ландау для здобуття вченого ступеня доктора вип. нац. Дисертація, подана Крістіаном Віенсом з Кельна Дата подання: 02 жовтня 2008 р. Доповідач: Спікер: проф. Штефан Мюллер проф. Д-р День усного іспиту Габріеля Захмана: 14 липня 2009 р
Свідченням я цим заявляю замість присяги, що даний твір написаний самостійно і що не використовувалися інші джерела чи ресурси, крім зазначених. Робота чи її частини не були подані як екзаменаційна робота чи дисертація на державну чи іншу наукову експертизу. . (Місце, дата, підпис)
Зміст 1 Вступ 1 1.1 Модель завдання. 2 1.2 Структура дипломної роботи. 5 2 Основи 7 2.1 Загальна теорія пружності. 7 2.1.1 Закон Гука. 7 2.1.2 Спрощений закон Гука. 8 2.1.3 Модуль Юнга. 9 2.1.4 Поперечне скорочення. 11 2.1.5 Модуль зсуву. 13 2.1.6 Еластичність, пластичність. 14 2.1.7 Модуль повзучості. 14 2.1.8 Фізичні величини та їх взаємозв’язки. 15 2.2 Промінь і поведінка членів. 17 2.2.1 Загальна теорія пучка. 17 2.2.2 Модель Cosserat. 18 2.2.3 Кадр Френета. 18 2.2.4 Вигин. 19 2.2.5 Кручення. 22 2.2.6 Твердість на кручення. 27 2.2.7 Пружна енергія. 30 2.2.8 Квазістатичні та динамічні. 32 2.3 Методи моделювання. 32 2.3.1 Кінцеві елементи. 32 2.3.2 Пружинно-масова модель. 34 2.3.3 Сплайни. 35 2.4 Кабелі на практиці. 35 2.4.1 Позначення типу кабелю. 35 2.4.2 Будова кабелів та кабельних пучків. 37 2.4.3 Зовнішні впливи на моделювання. 37 2.4.4 Внутрішні впливи на моделювання. 39 i
3 Сучасний рівень 41 3.1 Вимірювання оптичного кабелю. 41 3.1.1 Вимірювання на основі зображень. 42 3.1.2 Тактильне вимірювання. 43 3.1.3 Вимірювання за допомогою лазера. 45 3.1.4 Інші методи. 47 3.2 Моделювання кабелю. 50 3.2.1 Сплайни. 50 3.2.2 Модель пружинної маси. 53 3.2.3 Пружинно-імпульсна система. 54 3.2.4 Модель кінцевих елементів. 58 3.2.5 Чисельні підходи. 58 3.2.5.1 Гнучкий двигун. 58 3.2.5.2 Лінн та ін. 61 3.3 Визначення матеріалу. 62 4 Аналіз 63 4.1 Вхідні параметри моделювання. 63 4.1.1 Довжина. 64 4.1.2 Діаметр. 65 4.1.3 Кінцеві позиції. 66 4.1.4 Кінцеві дотичні. 66 4.1.5 Кінцеві стандарти. 67 4.1.6 Торсія. 67 4.1.7 Фіксовані позиції (кліпи). 68 4.1.8 Жорсткість. 69 4.1.9 Щільність. 70 4.2 Подальші вимоги до моделювання. 71 4.2.1 Вібрації. 71 4.2.2 Преформація. 71 4.2.3 Жорсткість на кручення. 73 4.2.4 Тиск. 74 4.2.5 Температура. 74 4.2.6 Галузі. 74 4.2.7 Вільні гілки. 75 4.2.8 Зіткнення. 75 4.2.9 Можливість реального часу. 76 4.2.10 Історія. 77 4.2.11 Перевірка точності. 78 4.3 Ефективний матеріал. 78
7.1.1 Категоризація. 151 7.1.2 Підходи. 152 7.1.3 Порівняння. 156 7.2 Компонентні параметри вимірювання. 157 7.2.1 Жорсткість. 157 7.2.2 Щільність. 160 7.2.3 Число Пуассона. 161 7.2.4 Загальний вигляд. 166 7.3 Порівняння параметрів компонента. 167 7.3.1 Розрахунок жорсткості за допомогою композитора. 169 7.3.2 Відновлення жорсткості від прогресування форми. 170 7.3.2.1 Вплив напрямку вигину. 171 7.4 Вплив на моделювання. 175 7.4.1 Випадкове попереднє формування. 175 7.5 Ефекти геометричних впливів. 176 8 Підсумок та прогноз 179 8.1 Підсумок. 179 8.2 Перспектива. 184 8.3 Резюме. 185 Список рисунків 188 Бібліографія 191 Власні публікації 199 A Додаток 201 A.1 гнучкий двигун - Інтеграція. 201 A.2 Допоміжний режим. 204 А.3 Епіполярна геометрія. 205 B CV 209
1.1. МОДЕЛЬ ЗАВДАННЯ Рисунок 1.1: Для того, щоб перейти конструктора від початкового використання до використання моделі, дослідження аналізує типи моделювання та граничні умови з метою вдосконалення моделі. Презентація (вигляд) Шар презентації відповідає за відображення необхідних даних з моделі та за отримання взаємодій користувача. Він знає як свою систему управління, так і модель, дані якої він представляє, але не несе відповідальності за подальшу обробку даних, переданих користувачем. Як правило, презентація інформується про зміни даних у моделі, а потім витягує оновлені дані. 3
1.1. МОДЕЛЬ ЗАВДАННЯ Елемент керування (контролер) Елемент керування управляє однією або кількома презентаціями, отримує від них дії користувача, оцінює їх і діє відповідно. Для кожної презентації існує модель. Контролер не маніпулює даними. На основі дії користувача у презентації контролер вирішує, які дані в моделі потрібно змінити. Він також містить механізми обмеження взаємодії користувача з презентацією. Ця структура перенесена на тему моделювання кабелів та шлангів, як показано на рис. 1.2. Рисунок 1.2: Принцип моделі-вигляду-контролера, застосований до моделювання кабелю. При вдосконаленні моделі враховується тип моделювання, параметри матеріалу та інші впливи. 4-й
1.2. СТРУКТУРА РОБОТИ Що потрібно змінити? Як це можна змінити? Це поліпшення? Рисунок 1.3: Після налаштування моделі пояснюються основи та стан техніки разом із трьома ключовими питаннями. Ця інформація використовується для аналізу, де є потенціал для вдосконалення. Потім проводяться вимірювання, і ідея підтверджується щодо реальності. Нарешті, результати представлені та узагальнені. 6-й
2 Основи Той, хто знає, де знайти те, чого вони не знають, отримує освіту. Георг Зіммель У цьому розділі пояснюються терміни, які будуть використані далі в роботі. Спочатку пояснюються деякі модулі та тензори із загальної теорії пружності та з'ясовується їх взаємозв'язок. Крім того, досліджується поведінка брусків під натягом. У контексті цієї роботи зроблені основні розрахунки, які представлені в цій главі. Далі йде вступ до деяких важливих методів моделювання. Нарешті, дається уявлення про властивості реальних кабелів. 2.1 Загальна теорія пружності 2.1.1 Закон Гука Закон Гука [Stö04] стверджує, що пружна деформація ε тіла пропорційна прикладеному напруженню σ. У загальному випадку закон Гука виражається рівнянням лінійного тензора σ = Cε, 7
2.1. ЗАГАЛЬНА ТЕОРІЯ ПРУГОСТІ Модуль пружності визначається як нахил графіка на діаграмі напружень і деформацій: Одиниця виміру - напруга: E = dσ dε. [E] = N мм 2. При лінійному ході графіка напружень і деформацій (діапазон пропорційності) застосовується таке: E = σ ε В принципі, це інший спосіб написання закону Гука (див. Розділ 2.1.1), де модуль пружності відповідає постійній пружині. Модуль пружності залежить від різних умов навколишнього середовища, таких як B. тиск або температура, які впливають на властивості матеріалу. Однак у контексті цієї роботи вона вважається постійною через незначні зміни, які вона викликає. Приклади: модуль пружності сталі приблизно: від 190 000 до 210 000 Н/мм2 (при кімнатній температурі) латунь: від 78000 до 123000 Н/мм2, бетон: від 40000 до 45000 Н/мм2 деревини, паралельно зерну: від 9000 до 12000 Деревина Н/мм2 поперек зерна: 300-1000 Н/мм2 силіконовий каучук: 10-100 Н/мм2 2.1.4 Бічне скорочення Бічне скорочення є особливим випадком деформації. Він описує поведінку тіла під впливом сили розтягування [Stö04]. У напрямку сили 11
2.1. ЗАГАЛЬНА ТЕОРІЯ ПРУГОСТІ, тіло реагує зі зміною довжини l, перпендикулярно їй, зі зменшенням його діаметра d на d. Зміна довжини може бути визначена за допомогою спрощеного закону Гука (див. Розділ 2.1.2). Однак закон Гука у спрощеному вигляді не робить жодних тверджень щодо зміни товщини. Тим не менш, від складнішого застосування загального закону Гука часто можна обійтися, оскільки у багатьох випадках відносна зміна діаметра dd пропорційна відносній зміні довжини ll, яка може бути визначена за допомогою спрощеного закону Гука: ddl = ν l Коефіцієнт пропорційності ν є безрозмірною величиною і називається числом Пуассона або коефіцієнт Пуассона. В області дійсності пропорційності між зміною довжини і товщини число Пуассона також дозволяє розрахувати відносну зміну об'єму VV, з яким тіло реагує на розширення: VV = (1 2ν) ll Фізично значущі значення для ν становлять від -1 до 0,5 (- 1