Simularea cablurilor și furtunurilor - cerințe și influențe - PDF descărcare gratuită
Simularea cablurilor și furtunurilor - Cerințe și influențe - Departamentul de informatică al Universității din Koblenz-Landau pentru a obține diploma academică a Dr. rer. nat. Disertație prezentată de Christian Wienss din Köln Data depunerii: 02 octombrie 2008 Vorbitor: Co-vorbitor: Prof. Dr. Stefan Müller Prof. Dr. Ziua examenului oral Gabriel Zachmann: 14 iulie 2009
Afidavit Declar prin prezenta, în locul unui jurământ, că prezenta lucrare a fost scrisă în mod independent și că nu au fost utilizate alte surse și resurse în afară de cele specificate. Lucrarea sau părți ale acesteia nu au fost prezentate ca lucrare de examinare sau disertație pentru o examinare de stat sau de altă natură. . (Locul, data, semnătura)
Cuprins 1 Introducere 1 1.1 Modelul sarcinii. 2 1.2 Structura tezei. 5 2 Noțiuni de bază 7 2.1 Teoria generală a elasticității. 7 2.1.1 Legea lui Hooke. 7 2.1.2 Legea simplificată a lui Hooke. 8 2.1.3 Modulul lui Young. 9 2.1.4 Contracție transversală. 11 2.1.5 Modul de forfecare. 13 2.1.6 Elasticitate, plasticitate. 14 2.1.7 Modul de fluaj. 14 2.1.8 Mărimi fizice și relațiile lor. 15 2.2 Comportamentul grinzii și al membrului. 17 2.2.1 Teoria generală a fasciculului. 17 2.2.2 Modelul Cosserat. 18 2.2.3 Cadrul Frenet. 18 2.2.4 Îndoiți. 19 2.2.5 Torsiune. 22 2.2.6 Rigiditate la torsiune. 27 2.2.7 Energie elastică. 30 2.2.8 Cvasistatice și dinamică. 32 2.3 Metode de modelare. 32 2.3.1 Elemente finite. 32 2.3.2 Model de masă cu arc. 34 2.3.3 Spline. 35 2.4 Cabluri în practică. 35 2.4.1 Denumirea tipului de cablu. 35 2.4.2 Structura cablurilor și fasciculelor de cabluri. 37 2.4.3 Influențe externe asupra unei simulări. 37 2.4.4 Influențe interne asupra unei simulări. 39 i
3 Stadiul tehnicii 41 3.1 Măsurarea cablului optic. 41 3.1.1 Măsurare bazată pe imagini. 42 3.1.2 Măsurarea tactilă. 43 3.1.3 Măsurare asistată de laser. 45 3.1.4 Alte tehnici. 47 3.2 Simularea cablului. 50 3.2.1 Spline. 50 3.2.2 Modelul masei arcului. 53 3.2.3 Spring-Impulse-System. 54 3.2.4 Model de element finit. 58 3.2.5 Abordări numerice. 58 3.2.5.1 Motorul flexibil. 58 3.2.5.2 Linn și colab. 61 3.3 Determinarea materialului. 62 4 Analiză 63 4.1 Parametrii de intrare ai simulării. 63 4.1.1 Lungime. 64 4.1.2 Diametru. 65 4.1.3 Poziții finale. 66 4.1.4 Tangente finale. 66 4.1.5 Standarde finale. 67 4.1.6 Torsiune. 67 4.1.7 Poziții fixe (cleme). 68 4.1.8 Rigiditate. 69 4.1.9 Densitate. 70 4.2 Cerințe suplimentare pentru o simulare. 71 4.2.1 Vibrații. 71 4.2.2 Preformare. 71 4.2.3 Rigiditate la torsiune. 73 4.2.4 Presiune. 74 4.2.5 Temperatură. 74 4.2.6 Sucursale. 74 4.2.7 Sucursale libere. 75 4.2.8 Coliziuni. 75 4.2.9 Capacitate în timp real. 76 4.2.10 Istorie. 77 4.2.11 Validarea exactității. 78 4.3 Material eficient. 78
7.1.1 Categorizare. 151 7.1.2 Abordări. 152 7.1.3 Comparație. 156 7.2 Parametrii componentelor din măsurare. 157 7.2.1 Rigiditate. 157 7.2.2 Densitate. 160 7.2.3 Numărul lui Poisson. 161 7.2.4 Vedere de ansamblu. 166 7.3 Compararea parametrilor componentei. 167 7.3.1 Calculul rigidității cu compozitorul. 169 7.3.2 Recuperarea rigidității din progresia formei. 170 7.3.2.1 Influența direcției de îndoire. 171 7.4 Efecte asupra simulării. 175 7.4.1 Preformare aleatorie. 175 7.5 Efectele influențelor geometrice. 176 8 Rezumat și Outlook 179 8.1 Rezumat. 179 8.2 Outlook. 184 8.3 Rezumat. 185 Lista figurilor 188 Bibliografie 191 Publicații proprii 199 A Anexa 201 A.1 flexengine - Integrare. 201 A.2 Mod asistat. 204 A.3 Geometria epipolară. 205 B CV 209
1.1. MODELUL SARCINULUI Figura 1.1: Pentru a muta proiectantul de la utilizarea inițială la utilizarea modelului, cercetarea analizează tipurile de simulare și condițiile limită pentru a îmbunătăți modelul. Prezentare (Vizualizare) Stratul de prezentare este responsabil pentru afișarea datelor necesare din model și pentru primirea interacțiunilor utilizatorilor. Știe atât sistemul său de control, cât și modelul ale cărui date le prezintă, dar nu este responsabil pentru prelucrarea ulterioară a datelor transferate de utilizator. De regulă, prezentarea este informată despre modificările aduse datelor din model și apoi extrage datele actualizate. 3
1.1. MODELUL SARCINII Control (controler) Controlul gestionează una sau mai multe prezentări, primește acțiuni ale utilizatorilor de la aceștia, le evaluează și acționează în consecință. Există un model pentru fiecare prezentare. Controlorul nu are sarcina de a manipula date. Pe baza acțiunii utilizatorului din prezentare, controlul decide ce date din model trebuie modificate. De asemenea, conține mecanisme pentru a restricționa interacțiunea utilizatorului cu prezentarea. Această structură este transferată la tema simulării cablurilor și furtunurilor așa cum se arată în Fig. 1.2. Figura 1.2: Principiul Model-View-Controller aplicat la simularea cablului. La îmbunătățirea modelului, se iau în considerare tipul de simulare, parametrii materialului și alte influențe. Al 4-lea
1.2. STRUCTURA MUNCII Ce trebuie schimbat? Cum poate fi schimbat? Este o îmbunătățire? Figura 1.3: După configurarea modelului, elementele de bază și stadiul tehnicii sunt explicate împreună cu cele trei întrebări cheie. Aceste informații sunt folosite pentru a analiza unde există potențial de îmbunătățire. Măsurătorile sunt apoi efectuate și ideea este validată în raport cu realitatea. În cele din urmă, rezultatele sunt prezentate și rezumate. Al 6-lea
2 Noțiuni de bază Oricine știe unde să găsească ceea ce nu știe este educat. Georg Simmel Acest capitol explică termenii care vor fi utilizați mai târziu în lucrare. Mai întâi sunt explicate câteva module și tensori din teoria generală a elasticității și se clarifică relația lor. În plus, este examinat comportamentul barelor sub tensiune. În contextul acestei lucrări, se fac calcule de bază, care sunt prezentate în acest capitol. Aceasta este urmată de o introducere în câteva tehnici de modelare importante. În cele din urmă, este oferită o perspectivă asupra proprietăților cablurilor reale. 2.1 Teoria generală a elasticității 2.1.1 Legea lui Hooke Legea lui Hooke [Stö04] afirmă că o deformare elastică ε a unui corp este proporțională cu tensiunea aplicată σ. În cazul general, legea lui Hooke este exprimată prin ecuația tensorului liniar σ = Cε, 7
2.1. TEORIA GENERALĂ A ELASTICITĂȚII Modulul de elasticitate este definit ca panta graficului din diagrama tensiune-deformare: Unitatea este cea a unei tensiuni: E = dσ dε. [E] = N mm 2. Cu un curs liniar al graficului tensiune-deformare (intervalul de proporționalitate) se aplică următoarele: E = σ ε În principiu, acesta este un mod diferit de a scrie legea lui Hooke (a se vedea secțiunea 2.1.1), unde modulul de elasticitate corespunde constantei arcului. Modulul de elasticitate depinde de diferite condiții de mediu, cum ar fi B. presiunea sau temperatura, care au o influență asupra proprietăților materialului. Cu toate acestea, în contextul acestei lucrări, este considerată constantă din cauza micii schimbări pe care o provoacă. Exemple: modul de elasticitate al oțelului aprox .: 190.000 până la 210.000 N/mm2 (temperatura camerei) alamă: 78.000 la 123.000 N/mm2 beton: 40.000 la 45.000 N/mm2 lemn, paralel cu bobul: 9.000 la 12.000 Lemn N/mm2, peste bob: 300 până la 1.000 N/mm2 cauciuc siliconic: 10 până la 100 N/mm2 2.1.4 Contracția laterală Contracția laterală este un caz special de deformare. Descrie comportamentul unui corp sub influența unei forțe de tracțiune [Stö04]. În direcția forței 11
2.1. TEORIA GENERALĂ A ELASTICITĂȚII, corpul reacționează cu o schimbare a lungimii l, perpendiculară pe acesta cu o scădere a diametrului său d cu d. Modificarea lungimii poate fi determinată folosind legea simplificată a lui Hooke (a se vedea secțiunea 2.1.2). Cu toate acestea, legea lui Hooke în forma sa simplificată nu face nicio afirmație cu privire la modificarea grosimii. Cu toate acestea, se poate renunța la aplicarea mai complicată a legii lui Hooke, deoarece, în multe cazuri, modificarea relativă a diametrului dd este proporțională cu modificarea relativă a lungimii ll, care poate fi determinată folosind legea lui Hooke: ddl = ν l Factorul de proporționalitate ν este o cantitate adimensională și se numește numărul Poisson sau raportul lui Poisson. În domeniul proporționalității dintre modificările de lungime și grosime, numărul lui Poisson permite, de asemenea, un calcul al modificării relative a volumului VV cu care un corp reacționează la expansiune: VV = (1 2ν) ll Valorile semnificative fizic pentru ν sunt între -1 și 0,5 (- 1