Расчет вынужденных колебаний при раскрытии солнечной батареи

[New_user 1]

Здравствуйте. Постановка задачи: Смоделировать раскрытие крыла солнечной батареи. (Крыло состоит из трех сандвич панелей). Расчетать колебания которые возникают при раскрытии. Исследовать зависимость колебаний от скорости раскрытия панелей. В моем понимание, задача сводится к правильному заданию шарнирного соединения между панелями и заданием угловой скорости в шарнирах. Сделал геометрию в SolidWorks импортировал в формате SAT, возникла ошибка в том что штанга, которая представляет собой трубу, ее поверхность разделилась на две, попытался объединить поверхность при  помощи функции merge но появляется ошибка "Model size is out of range".  Для начала решил просто задать шарнирное соединение и задать скорость в нем, что бы посмотреть идет вращение или нет. Часть штанги к которой приложил шарнирное соединение начинает вращение, но остальная часть не двигается, происходит деформация штанги. Соединение контактов "Bonded".  Вопрос: какие граничные условия надо задать что бы вся конструкция вращалась, а не только часть. Скорей всего в моем понимании не хватает граничных условий, либо как то объединить в одну конструкцию. Работать в ansys только начал так что не судите строго 

рез.zip

[piden 2 874]

Думаю, будет проще перестроить геометрию в СВ или уже в ВБ, чтобы исключить проблему импорта.

 

Расчетать колебания которые возникают при раскрытии.

Be careful! Прибежит булли и начнет грамматику исправлять.

 

По теме: если жесткость панелей намного больше жесткости соединений, т.е. деформациями панелей можно пренебречь, то эффективней применить какой-нибудь RBD солвер (можно от ансиса, можно от солид воркса). Или вообще что-нибудь вроде симулинка - проще будет делать параметрические исследования) В последнем случае сразу можно мат. модель получить.

[soklakov 1 485]

В моем понимание, задача сводится к правильному заданию шарнирного соединения между панелями и заданием угловой скорости в шарнирах

Раскрытие процесс медленный и не очень-то динамический.

От чего возникают вибрации? Если от прерывистого преодоления силы трения... то моделировать это себе дороже.

Может от сопротивления воздуха и срыва вихрей с крыла? Что-то подсказывает, что не такие у Вас скорости открытия.

Какова физика вибрации? В идеальном мире без трения, шероховатостей и неточных размеров (в который Вы запихиваете свою модель) вибрация может и не возникнуть.

Выберите причину вибрации и добавьте ее в матмодель. Сама по себе она там не появится.

[piden 2 874]

Может от сопротивления воздуха и срыва вихрей с крыла?

99/100, что речь о солнечных батареях на спутнике. Сопротивлением воздуха можно пренебречь)

Речь о колебаниях после раскрытия. Вроде колебаний консольной балки после импульсного нагружения.

 

Думается, это учебная задача, поэтому требуется "исследование". Для инженерного решения достаточно обеспечить минимальную угловую скорость и ускорение к концу цикла раскрытия.

[soklakov 1 485]

Речь о колебаниях после раскрытия. Вроде колебаний консольной балки после импульсного нагружения.

А тогда масса на ускорение в крайнем положении и не более того.

Думается, это учебная задача, поэтому требуется "исследование".

Эх

[piden 2 874]

А тогда масса на ускорение в крайнем положении и не более того.

Я подумал и над своим ответом, "достаточно обеспечить минимальную угловую скорость и ускорение к концу цикла раскрытия". И получается еще поправка: профиль угловой скорости раскрытия должен быть такой, чтобы ускорения на протяжении всего цикла были минимальны.

 

Т.к. при резком старте можно уже получить колебания панели, и тогда уже не важно, какие там скорости/ускорения в конце цикла)

[soklakov 1 485]

Я подумал и над своим ответом, "достаточно обеспечить минимальную угловую скорость и ускорение к концу цикла раскрытия". И получается еще поправка: профиль угловой скорости раскрытия должен быть такой, чтобы ускорения на протяжении всего цикла были минимальны.

Все эти CAEшки... совершенно бесполезная штука на поверку) 

профиль угловой скорости раскрытия должен быть такой, чтобы ускорения на протяжении всего цикла были минимальны.

Кстати... Минимальны - это ноль. Но ноль не подходит) Нужны дополнительные соображения про требуемое время раскрытия и таки допустимые ускорения.

[piden 2 874]

Все эти CAEшки... совершенно бесполезная штука на поверку) 

Хоть рабочие места создают ..

[New_user 1]

99/100, что речь о солнечных батареях на спутнике. Сопротивлением воздуха можно пренебречь)

Речь о колебаниях после раскрытия. Вроде колебаний консольной балки после импульсного нагружения.

 

Думается, это учебная задача, поэтому требуется "исследование". Для инженерного решения достаточно обеспечить минимальную угловую скорость и ускорение к концу цикла раскрытия.

Вы правы, речь о солнечных батареях на спутнике. Физика колебаний в том, что при раскрытии панель доходит до рабочего состояния, где потом в шарнире происходит  зачековка (фиксация жесткая) в следствии этого возникают колебания конструкции по инерции. Мне не понятно почему возникают при движении такие напряжения, что происходит деформация допустим на 70 см, а так же почему часть конструкции не вращается. 

Насчет колебаний, в настройках шарнира увидел пункт "stop" там есть пункты "stop и lock".  Lock - подойдет для имитации зачековки или нет ? 

рез.zip

[piden 2 874]

в настройках шарнира увидел пункт "stop" там есть пункты "stop и lock".  Lock - подойдет для имитации зачековки или нет ? 

Да просто сделайте два шага. На первом шаге Join load = rotation distance, от 0 градусов, до, допустим, 180. На втором шаге оставляете 180 на весь шаг. Вот и получите, что хотите.

 

Lock используется для того, чтобы зафиксировать шарнир в текущем положении, если на предыдущем шаге он был свободен.

Только настоятельно советую сначала все это проделать на простой геометрии, разобраться с методами моделирования. А то все кидаются в лоб решать..

[AlexKaz 1 851]

Задачка для теормеха, как по мне. Берём уже раскрытую батарею, если в 3д, или лучше рассмотрим плоскую задачу - балку. Прикладываем к узлам балки скорости V=w*R, глядя на направление движения каждой из панелей (не забыли, что батарея раскрыта?). Ставим неявный солвер с мелким шагом или явный, настраиваем демпфирование. Если не нравятся начальные скорости - прийдётся перейти к приближённым силам.

Вместо sat попробуйте stp/step или x_t.

Чисто из уважения к механике. На скринах в первом архиве ничего не понятно, где панели, где закрепления, что вертится и куда... И главное с какими угловыми скоростями.

[piden 2 874]

Прикладываем к узлам балки скорости V=w*R

Одно но:

Панель может начать нехило колбасить задолго до окончания раскрытия  .

 

Второе но:

Подход с заданием скорости означает разрыв первого рода по ускорению. А в реальности, если все сделать плааавненько, его (разрыва) может и не быть. Что, в свою очередь, не гарантирует отсутствие колебаний.

 

Объясняю скрины: кирпич = спутник. Треугольник = первая секция "крыла" с панелями. Самих панелей нет, т.к. очередь до них не дошла.

Я просто тоже такие в свое время рисовал 

Изменено 13 сентября 2016 пользователем piden

[AlexKaz 1 851]

А можно пояснить, к чему учитывать или не учитывать разрыв по ускорению? От разрыва ускорения вдоль балки в МКЭ сама балка схлопнется в колобок?:) Шарниры в модели предполагаются идеальными, в бесконечно малой окрестности слева и справа от шарниров скорости совпадают ("это термех, детка") :)

[New_user 1]

Пересохранил файл в формате x_t. Геометрия стала лучше. Но теперь стала появляться ошибка "At least one contact pair has no elements in it.  This may be due to mesh defeaturing.  Please modify defeaturing settings which are accessible on the Mesh object.  Alternatively, set the variable "contactAllowEmpty" to 1 in order to allow the solution to proceed with a warning which can be used to identify the offending pair(s)." Я так понял что надо настроить решатель ? )

[piden 2 874]

А можно пояснить, к чему учитывать или не учитывать разрыв по ускорению?

К тому, что вполне можно подобрать такой закон изменения ускорения при раскрытии, чтобы получить нулевое ускорение и нулевую скорость в конце цикла. И что тогда делать с подходом "Прикладываем к узлам балки скорости V=w*R"   

 

 

("это термех, детка") :)

Да, это теормех, детка)

(Булли б заметил, что он через о пишеться, т.к. теОретическая механика, а вот я не буду))

  

Пересохранил файл в формате x_t. Геометрия стала лучше. Но теперь стала появляться ошибка....

Дык у вас контакты генеряться сами по-умолчанию. Там что угодно может получиться)

 

А то все кидаются в лоб решать..

как в воду глядел... Изменено 13 сентября 2016 пользователем piden

[New_user 1]

А можно ли перерасти в ansys 3-ех мерный эскиз из SW? Если можно то как это сделать?;)

[piden 2 874]

Если "перерасти" = "перенести", то ответ утвердительный. Через iges или step формат, сохраненный с опцией export sketch entities.

[dbarlam 184]

Если это так - 99/100 -солнечная панель  на спутнике - простейший вариант модели  может быть следующим - 

Масса с начальной скоростью расположена  между двумя жесткими пластинами между которыми задан зазор

Каждая из пластин присоединена к пружине 9Все это для моделирования устройства замыкания ( тут и зазор и жесткости)

Масса движется свободно до момента касания с одной из пластин , перемещает  ее до полной остановки и начинает обратное движенние

Для начала трения нет, отсюда очень просто посчитать зависимость частоты колебаний от начальной скорости  и зазора

Конечно расчет простой на бумажке 

Колебания , конечно , нелинейные , но так легко построить скелетную кривую а дальше можно усложнять

[piden 2 874]

Масса с начальной скоростью расположена  между двумя жесткими пластинами между которыми задан зазор Каждая из пластин присоединена к пружине 9Все это для моделирования устройства замыкания ( тут и зазор и жесткости)

Не сильно понятно, каким образом этот пинг-понг с пружинами представляет модель раскрытия солнечных панелей. 

[New_user 1]

Господа, решил сначала сделать модальный анализ, узнать частоту колебаний конструкции, дальше перевести в Transient analysis. Но появляется ошибка, пишут что связана с геометрией. Хотя геометрия элементарная. 

FORUMM_files.zip