شبیه سازی منحنی چرخزاد با کامسول

شبیه سازی منحنی چرخزاد با کامسول بیان مسئله اصلی این است: یک حلقه ایده آل، بدون جرم و صلب دارای یک جرم نقطه ای است که به محیط آن متصل است. اگر حلقه در امتداد یک صفحه افقی بچرخد، آیا ممکن است از آن صفحه جدا شود و به هوا بپرد؟ حرکت با حلقه در موقعیت تعادل ناپایدار که جرم در بالاترین نقطه خود قرار دارد شروع می شود.
اصلاحات به عنوان مثال، حلقه دیگر بدون جرم نیست، بلکه دارای یک جرم توزیع شده یکنواخت است.
ضریب اصطکاک بین حلقه و صفحه بر روی تنظیم شده است. سرعت به معنای سرعت مرکز حلقه است مگر اینکه چیز دیگری بیان شود. در حین حرکت غلتشی خالص، با سرعت زاویه ای عبور ارتباط دارد.

آموزش کامسول شبیه سازی منحنی چرخزاد برای آشنایی بهتر با مشکل، ابتدا حلقه را با سرعت کم بچرخانیم. حلقه با استفاده از یک بدنه صلب در رابط Multibody Dynamics شبیه سازی شده است. از ویژگی Rigid Body Contact برای شبیه سازی ارتباط بین حلقه و هواپیما استفاده می شود.

پیکربندی مرجع (در چرخش صفر) زمانی است که جرم نقطه در بالای حلقه قرار دارد. اگر کوچکترین فشار را به حلقه بدهیم (در این مورد، سرعت اولیه چرخش شروع بسیار کندی خواهد داشت، اما با کاهش موقعیت عمودی جرم نقطه، سرعت افزایش می‌یابد. سرعت چرخش به طور قابل‌توجهی در طول یک دور تغییر می‌کند. ، و با رسیدن دوباره جرم نقطه به بالا، حلقه تقریباً متوقف شده است.
حلقه با سرعت رنگ می شود. رد سیاه مسیر جرم نقطه ای (یک سیکلوئید) را نشان می دهد. رد سبز مسیر مرکز ثقل سیستم را نشان می دهد. فلش ها متناسب با نیروهای تماس هستند.
بیایید برخی از ویژگی های کلیدی را با جزئیات بیشتر بررسی کنیم. ابتدا سرعت ها را رسم می کنیم. سرعت زاویه ای در شعاع حلقه ضرب می شود تا بتوان آن را مستقیماً با سرعت انتقالی در مرکز مقایسه کرد. تا زمانی که حرکت یک چرخش خالص باشد، منحنی ها بر هم منطبق خواهند بود.
انرژی پتانسیل جرم نقطه ای را می توان به عنوان نیروی محرکه برای چرخش در نظر گرفت. جرم خود حلقه ارتفاع را تغییر نمی دهد مگر اینکه حلقه
جهش اتفاق می افتد، به طوری که اگر حلقه به سادگی در حال چرخش باشد، کسری از جرم به انرژی پتانسیل کمک نمی کند.
انرژی های پتانسیل و جنبشی سیستم.

به 1 نزدیک می شود (مسئله اصلی فقط با جرم نقطه ای). حداکثر سرعت زاویه ای به بی نهایت نزدیک می شود! این به طور نگران کننده ای غیر فیزیکی به نظر می رسد.
مشکل این است که در یک حرکت چرخشی، نقطه تماس بین حلقه و کف همیشه در حالت استراحت است. هنگامی که تمام جرم در آنجا قرار می گیرد، انرژی جنبشی در نتیجه صفر می شود. در عین حال، انرژی جنبشی باید با انرژی پتانسیل از دست رفته برابر باشد.
نیروی افقی، ناشی از اصطکاک، چیزی است که باعث شتاب و کاهش سرعت حلقه می شود. آموزش comsol برای پیش‌بینی حرکت غلتشی خالص توسط این انیمیشن، دو شرط وجود دارد:
نیروی تماس عمودی باید همیشه مثبت باشد.
در این مورد، حاشیه گسترده است. تنها حدود 38 درصد از نیروی اصطکاک موجود استفاده می شود. راه دیگری برای مشاهده این موضوع این است که ضریب اصطکاک حداقل 0.38 برای حفظ یک حرکت غلتشی خالص ضروری است.
سرعت را افزایش دهید.

شبیه سازی عملکرد مواد ویسکوالاستیسیته کامسول

در تلاش بعدی، سرعت اولیه بالاتری به حلقه داده می شود. همانطور که در زیر مشاهده می کنید، هنوز یک حرکت غلتشی خالص وجود دارد. با این حال، تغییرات جالبی در نتایج وجود دارد، مانند:
حداقل نیروی تماس کاهش یافته است. دلیل این امر این است که با سرعت چرخش بیشتر، نیروی گریز از مرکز بر روی جرم نقطه افزایش می یابد. بنابراین، هنگامی که ترکیب مکان و سرعت مناسب باشد، نیروی عمودی زیادی وجود دارد که وزن خود حلقه را جبران می کند.