1 Введение
Программный комплекс EULER предназначен для математического моделирования динамики многокомпонентных механических систем (ММС) в трехмерном пространстве. Это могут быть как простейшие механические системы (маятник или брошенный камень), так и сложные. К сложным системам относятся структуры, объединяющие множество жестких или деформируемых тел, связанных шарнирами и силовыми элементами (пружинами, амортизаторами и т.д.). Примерами таких систем служат автомобиль, составной автопоезд или самолет. ММС может включать в себя замкнутые каналы управления с датчиками и приводами. При работе ММС допускается изменение ее структуры. В частности, разрешается включение - выключение каналов управления и силовых элементов, удаление или заклинивание шарниров и т.д. Программный комплекс EULER позволяет исследовать (моделировать) механические системы, относящиеся к различным прикладным областям. К примеру, EULER может использоваться в автомобилестроении, авиации, ракетно-космической технике, машиностроении оборонного назначения, робототехнике, станкостроении и в ряде других отраслей.
Программный комплекс EULER может применяться при проектировании, отработке, испытаниях и доводке изделий, в научных и прикладных исследованиях, а также в процессе обучения. Использование программного комплекса позволяет уже на ранних стадиях проектирования получить достоверную информацию о поведении и силовых нагрузках в создаваемых изделиях. Кроме того, EULER позволяет оперативно проводить исследования нештатных ситуаций, возникающих в процессе эксплуатации уже существующих систем. С помощью математических моделей, без создания опытных образцов, можно определять характеристики работы новых систем, оптимизировать их параметры и проводить сравнительный анализ различных вариантов конструкции. В результате, сокращаются сроки разработки, существенно уменьшается объем доводочных испытаний, повышается качество изделий и снижаются затраты на их создание.
При моделировании механических систем в EULER нет необходимости выводить уравнения движения или оперировать абстрактными математическими понятиями. Процесс описания модели механической системы максимально приближен к традиционному конструированию. В силу этого работа с программным комплексом одинаково понятна и инженеру-механику, и математику, а также другим специалистам. Фактически, пользователь просто рисует на экране компьютера механическую систему и выделяет звенья (части механической системы). После чего он указывает шарниры, силовые элементы и, при необходимости, создает объекты контроля и управления механической системой. На этом работа по описанию модели заканчивается. Далее пользователь сразу может выполнять исследование движения данной механической системы. EULER, в соответствии с описанием модели, автоматически сформирует точные в рамках классической механики уравнения движения. Формулировки уравнений в EULER не имеют ограничений на локальность перемещений, принятых в методе конечных элементов. Это позволяет рассчитывать в точной постановке движение различных механических систем, составные части которых совершают большие перемещения в пространстве относительно друг друга. Если в процессе движения механической системы меняется ее структура, например, разрушаются или заклиниваются какие-то шарниры, то соответствующие уравнения будут автоматически изменены. Такая модификация уравнений происходит достаточно быстро и не вызывает заметных задержек в процессе расчета.
В отличие от EULER, программные комплексы, основанные на методе конечных элементов, предназначены для расчета напряженно-деформированного состояния конструкции и оценки ее динамического поведения при локальных перемещениях, даже если в терминах метода конечных элементов они называются большими. В качестве простейшего примера можно привести физический маятник, движения которого с большой амплитудой в подобных программных комплексах точно не моделируются.
Важно отметить, что подход, принятый в EULER, и метод конечных элементов не исключают, а взаимно дополняют друг друга. При анализе сложных механических систем с большими перемещениями составных частей EULER позволяет исследовать общее поведение системы и определить возникающие при движении нагрузки и перемещения. Далее, на основании полученных данных о нагрузках и перемещениях, с помощью метода конечных элементов можно рассчитать возникающее при этом напряженно-деформированное состояние конструкции и ее элементов. Если в механической системе присутствуют тела с существенной эластичностью, их жесткостные характеристики, полученные методом конечных элементов, можно использовать в модели динамического анализа. В EULER задание упругих тел в составе механических систем также возможно на основе моделей, созданных методом конечных элементов в соответствующих программных комплексах.
При проведении исследований с помощью EULER пользователь может наблюдать движение механической системы в нескольких видах. Каждый вид имеет собственную пространственную привязку, ракурс, масштаб и другие параметры. Пользователь может также получать данные об ускорениях, скоростях, расстояниях, углах и силах, возникающих в механической системе в процессе движения. Программный комплекс позволяет выводить эти характеристики в виде графиков, таблиц или числовых значений. Силы, действующие в механической системе, могут отображаться в виде векторов. Эти векторы могут включаться в графическое представление механизма, то есть выводиться вместе с изображением внешнего вида ММС.
Важнейшие особенности EULER
− Программный комплекс позволяет моделировать механические системы с учетом больших перемещений в нелинейной постановке.
− Программный комплекс дает возможность автоматически генерировать математические модели исследуемых механических систем по их инженерному описанию.
− Программный комплекс предназначен для инженеров-механиков и не требует знания программирования или специальной математической подготовки.
− Программный комплекс имеет удобный пользовательский интерфейс. Этот интерфейс позволяет оперативно получать визуальную картину движения системы параллельно с ее характеристиками в виде графиков и числовых значений.
Возможные области применения EULER
Ракетно-космическая техника
− Моделирование кинематики и динамики раскрытия на орбите сложных космических конструкций.
− Моделирование динамики разделения ракетных ступеней.
Авиация
− Расчет посадки и взлета самолета с детальным моделированием механизмов шасси и учетом упругости конструкции планера.
− Моделирование кинематики и динамики механизма выпуска-уборки шасси.
− Моделирование динамики движения вертолетов и вертикально взлетающих самолетов различных схем при исследовании сложных переходных процессов.
− Моделирование работы механизмов управления летательных аппаратов с учетом деформации конструкции планера.
Автомобилестроение
− Исследование динамики движения различных типов автомобилей: легковых, грузовых, с прицепами, со всеми поворотными колесами, с любыми типами подвесок и приводов и т.д. для оценки характеристик устойчивости и управляемости и определения силовых нагрузок в узлах и агрегатах.
− Автономные исследования кинематики и динамики различных узлов и агрегатов автомобиля: механизмов подвески, рулевого управления, открывания капота и т.д.
Иные области применения
− Моделирование работы различных сельскохозяйственных, строительных и промышленных механизмов.
− Моделирование движения механизмов различных станков, роботов и манипуляторов.
− Моделирование динамики движения механических стендов, центрифуг, механических систем комплексных стендов-тренажеров.
Приведенные области применения следует рассматривать как примеры, которыми возможности программного комплекса EULER не ограничиваются.