2.1 Силовое взаимодействие точка-поверхность
Элемент описывает контактное взаимодействие между точкой и поверхностью. Поверхность является ориентируемой, направление нормали определяет сторону поверхности, для которой будет происходить контактное взаимодействие. Направление нормали определяется в рамках метода создания поверхности. Силовое взаимодействие определяется в предположении, что поверхность является наружной поверхностью некоторого тела (звена). Материал этого тела расположен со стороны внутренней поверхности. Силовое взаимодействие возникает при внедрении точки внутрь поверхности, то есть, если точка находится в материале тела, ограниченного поверхностью. Схематический вид элемента представлен на рис. 1.
Рис. 1. Силовое взаимодействие точка-поверхность
Силовое взаимодействие происходит только с изображаемой частью поверхности.
Точка и поверхность обязательно должны быть прикреплены к звеньям механической системы. Звено, к которому прикреплена точка, будем называть первым звеном. Звено, к которому прикреплена линия, будем называть вторым звеном.
Данный силовой элемент может быть использован и для расчета контактного взаимодействия между сферой и поверхностью. Для этого необходимо определить необязательный именованный параметр RC – радиус контактирующей сферы; заданная пользователем точка Point при этом интерпретируется как центр этой сферы.
|
Синтаксис метода создания
contactPS2 (Point, Surface, ContactParameters, RC=…, work=..., color=..., visible=...)
Обязательные позиционные параметры метода
point Point
Точка силового взаимодействия.
surface Surface
Поверхность силового взаимодействия.
template ContactParameters
Шаблон параметров контактного взаимодействия.
Необязательные именованные параметры метода
RC = scalar [length]Радиус контактирующей сферы с центром в точке Point. Нулевому значению радиуса соответствует точка. По умолчанию RC = 0 [m].
Параметры являются общими для всех методов создания силовых элементов и описаны в пункте «Необязательные именованные параметры всех методов создания» общей части раздела «Силовой элемент (force)» главы «Основные объекты».
Описание
При расчете силового взаимодействия проверяется наличие контакта точки Point и поверхности Surface. Для этого ищется ближайшая к точке Point точка 
на поверхности Surface. Если точка 
не принадлежит изображаемой части поверхности Surface, то считается, что контакта нет. Далее определяется нормаль 
к поверхности в точке . Если вектор, направленный от точки к точке Point, противоположен вектору , то считается, что контакт есть.
на поверхности Surface. Если точка не принадлежит изображаемой части поверхности Surface, то считается, что контакта нет. Далее определяется нормаль к поверхности в точке . Если вектор, направленный от точки к точке Point, противоположен вектору , то считается, что контакт есть.Расчетная схема силового элемента представлена на рис. 2. При наличии контакта определяются следующие параметры, которые используются для вычисления сил:
– нормаль поверхности в точке .
– глубина контакта – расстояние между точками Point и ; 
.
– точка контакта; определяется по точкам Point и следующим образом: 
. Параметр 
принят равным 
.
– значение проекции скорости движения точки 
второго звена относительно первого звена на вектор .
– проекция скорости движения точки второго звена относительно первого звена на плоскость перпендикулярную вектору .
Рис. 2. Расчетная схема силового элемента
Вектор силы, действующей на точку первого звена, равен сумме двух составляющих:
первого звена, равен сумме двух составляющих:
,где 
– вектор силы нормальной реакции;
– вектор силы нормальной реакции;
– вектор силы трения.Момент, действующий на точку , равен нулю.
, равен нулю.Сила нормальной реакции направлена по вектору . Ее значение определяется следующим образом:
. Ее значение определяется следующим образом:
где расчетные формулы для 
и 
определяются типом заданного пользователем шаблона контактного взаимодействия.
и определяются типом заданного пользователем шаблона контактного взаимодействия.Внутренние системные объекты
sensor gap [length]
Датчик зазора. Выдает знаковое расстояние в контактной паре, положительное при отсутствии контакта и отрицательное при его наличии.
sensor delta [length]
Глубина контакта. Если контакта нет, то датчик выдает нулевое значение.
Корректный вход в контакт
Для корректной работы силового элемента пользователь должен следить за тем, чтобы контакт точки и поверхности осуществлялся только с наружной стороной поверхности.
На рис. 3 представлена корректная реализация модели взаимодействия точки маятника с поверхностью. Точка на маятнике вступает во взаимодействие с поверхностью с внешней стороны. Возникающая сила контактного взаимодействия противодействует свободному движению маятника и стремится придать ему обратный импульс.
 Рис. 3. Корректная реализация модели силового взаимодействия точка-поверхность
|
Некорректная реализация контактного взаимодействия
На рис. 4 представлена некорректная реализация модели взаимодействия точки маятника с поверхностью. Точка на маятнике вступает во взаимодействие с поверхностью с внутренней стороны. В таком ситуации, в текущей реализации для подавляющего большинства расчетных случаев точка пройдет сквозь поверхность, однако в общем случае корректное механическое поведение в результате подобного взаимодействия не гарантируется.
 Рис. 4. Некорректная реализация модели силового взаимодействия точка-поверхность
|