Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 1 - LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian gần đây, việc mô phỏng hoạt động của các máy chuyển động nói chung và các máy trong xây dựng nói riêng đã trở thành một vấn đề cấp thiết trong an toàn cũng như vấn đề kinh tế. Mục đích của việc mô phỏng là đưa ra mô hình làm việc gần đúng với thực tế nhất để từ đó đánh giá tình trạng làm việc của máy và các trạng thái làm việc nguy hiểm. Đã có nhiều phần mềm mô phỏng hỗ trợ các thí nghiệm như Catia, Visual Nastran, Matlab, Iventor professional….nhưng việc sử dụng các phần mềm này vào mô phỏng đòi hỏi người thiết kế phải có kỉ năng và một trong số các phần mềm đó là Working Model. Working Model không đòi hỏi nhiều người sử dụng nhiều về kỉ năng này. Qua thực tế sử dụng cho thấy, phần mềm này có khả năng đáp ứng đầy đủ các tính năng cần thiết của một bộ phần mềm mô phỏng. Working Model được dùng để mô phỏng phân tích các kết cấu tĩnh hoặc có thể phân tích động lực học cho các hệ thống của máy khi làm việc. Trong các thử nghiệm ảo để tính toán thiết kế đưa ra được mô hình thực tế áp dụng vào đời sống thì các phần mềm là rất cần thiết . Working Model còn cho phép ta xem ảnh hoạt nghiệm của chúng, chính điều này cho ta quan sát một cách trực quan quỹ đạo chuyển động của vật… Còn nhiều tính năng mạnh nữa nếu ta nghiên cứu sâu về Working Model. Trong quá trình nghiên cứu đề tài không thể tránh được những thiéu xót vì vậy em kính mong các thầy cô giáo bổ sung cho đề tài để có thể tiến xa hơn. Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo KS.Phạm Trọng Hòa, người đã trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều để hoàn thành đề tài. Hà nội , ngày 21 tháng 04 năm 2009 Sinh viên thực hiện Dương Mạnh Hùng
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 1 -
LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời gian gần đây, việc mô phỏng hoạt động của các máy chuyển động nói
chung và các máy trong xây dựng nói riêng đã trở thành một vấn đề cấp thiết trong an
toàn cũng như vấn đề kinh tế. Mục đích của việc mô phỏng là đưa ra mô hình làm việc
gần đúng với thực tế nhất để từ đó đánh giá tình trạng làm việc của máy và các trạng thái
làm việc nguy hiểm.
Đã có nhiều phần mềm mô phỏng hỗ trợ các thí nghiệm như Catia, Visual Nastran,
Matlab, Iventor professional….nhưng việc sử dụng các phần mềm này vào mô phỏng đòi
hỏi người thiết kế phải có kỉ năng và một trong số các phần mềm đó là Working Model.
Working Model không đòi hỏi nhiều người sử dụng nhiều về kỉ năng này. Qua thực tế sử
dụng cho thấy, phần mềm này có khả năng đáp ứng đầy đủ các tính năng cần thiết của
một bộ phần mềm mô phỏng. Working Model được dùng để mô phỏng phân tích các kết
cấu tĩnh hoặc có thể phân tích động lực học cho các hệ thống của máy khi làm việc.
Trong các thử nghiệm ảo để tính toán thiết kế đưa ra được mô hình thực tế áp dụng vào
đời sống thì các phần mềm là rất cần thiết. Working Model còn cho phép ta xem ảnh hoạt
nghiệm của chúng, chính điều này cho ta quan sát một cách trực quan quỹ đạo chuyển
động của vật… Còn nhiều tính năng mạnh nữa nếu ta nghiên cứu sâu về Working Model.
Trong quá trình nghiên cứu đề tài không thể tránh được những thiéu xót vì vậy em
kính mong các thầy cô giáo bổ sung cho đề tài để có thể tiến xa hơn.
Em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo KS.Phạm Trọng Hòa, người đã trực tiếp
hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều để hoàn thành đề tài.
Hà nội, ngày 21 tháng 04 năm 2009
Sinh viên thực hiện
Dương Mạnh Hùng
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 2 -
CHƢƠNG I
GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WORKING MODEL
I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WORKING MODEL
1. Giới thiệu chung.
Working model là một trong những mô phỏng với những công cụ hỗ trợ mạnh mẽ
cho phép người sử dụng xây dựng và phân tích động lực học, động học cơ hệ nhanh trong
và hiệu quả nhất trên máy tính. Ngoài ra nó còn cung cấp cônng cụ cho kiểm tra-thiết kê-
kiểm tra thiết kê mô hình khi tạo mẫu hay thiết kế ra mô hình mới.
Chính vì vậy mô phỏng ngày càng được ứng dụng nhiều trong sản xuất cũng như
trong nghiên cứu và học tập vì:
Hệ thống máy tính mang lại sự an toàn và hiệu quả cao hơn so với thực
nghiệm.
Nắm bắt khái niệm chung, chủ động và linh hoạt khi áp dụng vào thực tế
làm việc.
Dự đóan và phân tích các hiện tượng xảy ra trong khi làm việc.
Working model là một trong những phần mềm chuyên dụng để mô phỏng có nhiều
tính năng phù hợp, được dùng để mô phỏng cơ hệ, động học, động lực học và cơ hệ. Và
được ứng dụng nhiều trong công nghiệp, ngoài ra còn ứng dụng trong giảng dạy đại học ,
mô phỏng các hiện tượng vật lý, cơ học cho hoc sinh, sinh viên.
Tính năng nổi bật của Working model là:
Giảm chi phí tạo mẫu sản phẩm.
Thực hiện quá trình “thực thi - phân tích - hiệu chỉnh”
Tạo tính chủ động khi mô phỏng nhìn nhận các hiện tượng thực tế trong
các điều kiện khác nhau
Phân tích thiết kế
Giao tiếp autocad, matlab, excel.
Phân tích kết cấ tĩnh và cho biết biểu đồ nội lực.
Có thể soạn thảo mô hình bằng ngôn ngữ Basic dưới dạng file script.
Tạo ảnh động, phim ngắn avi, đồ thị cho việc trình diễn.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 3 -
2. Cách cài đặt Working model.
Khi đã có phiên bản 2D của Working Model thì tiến hành cài đặt như sau:
Bƣớc 1: Vào thư mục chứa phần mềm, nhấp đúp vào file wmdemo
Bƣớc 2: Thông báo tên Welcom, nhấp Next để tiếp tục
Bƣớc 3: Hộp thoại Registration hỏi thông báo nhập thông tin người sử
dụng và mã số cài đặt. Nhập số Serial: H840I12635, nhấp Next
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 4 -
Bƣớc 4: Hộp thoại Registration Confirmation yêu cầu người sử dụng
khẳng định các thông tin đăng nhập trước đó.
Bƣớc 5: Cửa sổ Choose Folder cho phép ta thay đổi địa chỉ cài đặt, địa
chỉ mặc định là C:\Program File\Working Model. Nếu không cần thay đổi
chọn OK
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 5 -
Lúc này chương trình bắt đầu cài đặt vào máy tính của bạn như đã khai báo.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 6 -
Quá trình cài đặt kết thúc được thông báo bằng hộp thoại Setup Complete, bâm
Finish để kết thúc cài đặt.
Lúc này người sử dụng có thể bắt đầu làm quen với Working Model và sử dụng các
tính năng tuyệt vời của Working Model.
3. MÔI TRƢỜNG LÀM VIỆC CỦA WORKING MODEL
Sau khi đăng nhập vào Working model màn hình làm việc như sau:
Màn hinh gồm các thanh công cụ như File, Edit, World, View, Object… và các
phần tử trong thư viện. Với màn hình làm việc của Working model sáng sủa và rộng tạo
cảm giác thoải mãi khi làm việc.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 7 -
3.1 GIỚI THIỆU VỀ CÁC THANH CÔNG CỤ
3.1.1 File
New: tạo một mô hình mới
Open: mở mô hình đã có sẵn
Close: đóng mô hình đang mô phỏng
Save: lưu nội dung đang mô phỏng
Save as : lưu bài vào thư mục riêng.
Print: in bài mô phỏng
Import: liên kết với các software khác.
Export: xuất bản mô phỏng ra các định dạng khác nhau.
Exit : thoát khỏi môi trường làm việc.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 8 -
3.1.2 Edit
Undo: hủy lệnh vừa thực thi
Cut & delete : lệnh cắt và xóa các phần theo ý muốn.
Copy & paste : lệnh sao và dán.
Select all : chọn tất cả các đối tượng.
Duplicate : lệnh sao các đa giác giống nhau.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 9 -
Reshape : lệnh tinh chỉnh các đa giác và hình đã thể hiện.
Player mode: lệnh giấu các chi tiết trong thư viện trong thư viện.
3.1.3 World
Gravity : trọng lượng
Air resistance : tải trọng gió
Electrostatic : tĩnh điện.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 10 -
Force field : tải trọng phân bố.
Run: Chạy mô hình mô phỏng.
Reset : khởi động lại ban đầu để cho phép chỉnh sửa.
Skip frame: số bước làm việc cùng lúc.
Tracking : Số hình ảnh của mô hình để lại khi mô phỏng, nghĩa là số vệt
của mô hình lưu lại khi Run. Khi để là Every 2 frames khi Run sẽ có hình ảnh
như sau:
Càng tăng số Frame thì mật độ sẽ càng dày.
AutoEraser track : tự động xóa vết
Erase Track : xoá các vết vừa thực thi.
Accuracy : thiết lập chế độ chạy chương trình.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 11 -
Có 3 chế độ để thiết lập chạy chương trình đó là Fast (nhanh), Accurate( chính xác)
và Custom ( cài đặt theo ý người mô phỏng). Và ở đây có hai bước cài đặt khi gỉai và tính
toán kết quả tính toán :
Animation Step : cái đặt thời gian cho một bước mô phỏng, có nghĩa là ta
cài đặt bao nhiêu thời gian cho một bước mô phỏng.
Integrator Error : lỗi khi lấy tích phân.
Working Model đưa ra hai phương pháp để tính toán đó là:
Euler : đây là phương pháp tính tóan và lấy tích phân, phương pháp mang
tính ước lương và không chính xác nhưng mang lại kết quả tính toán nhanh.
Kutta-Merson : là phương pháp tính toán chính xác và gần với thực tế.
Còn các lựa chọn khác nhưu Assembly error, overlap error, significant digits ta lựa
chọn Auto.
Pause control: thiết lập chế độ dừng chạy mô hình.
Để thiết lập chế độ khi nào mô hình dừng hoạt động ta có 2 phương pháp điều
khiển là :
Frame() > 200 : khi đó thanh Scrool Bar sẽ chạy đến giá trị là 201 tự động
mô hình sẽ không chạy nữa và dừng lại, khi đó tính tổng vết mà mô hình để
lại là 201.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 12 -
Time > 1.0 : nghĩa là mô hình sẽ dừng lại khi Run sau 1.0 ( s )
Do những thiết lập từ trước nên những tính tóan số frames hay time sẽ không chính
xác như ta thiết lập nó cũng mang tính tướng đối gần đúng.
Preference : Các lựa chọn khác.
Đây là những cài đặt và thiết lập cho mô theo ý người mô phỏng.
3.1.4 View
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 13 -
Workspce : thiết lập nên làm việc : tọa độ, thanh công cụ, thanh di chuyển.
Numbers and units :(units) chọn đơn vị chuẩn và (numbers) làm tròn sau
dấu phẩy.
3.1.5 Object
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 14 -
Join : liên kết các phần tử lại với nhau
Split : tách liên kết các phần tử.
Font : dùng để viết text.
Convert objects : chuyển các vật thể thành đá giác, đoạn thẳng hay thành
các rãnh trượt.
3.1.6 Define
Vectors : gắn mũi tên vector cho các phần tử như : vận tốc, gia tốc, lực, vị
trí … biểu thị cho mô hình khi mô phỏng.
Vectors Display: Xác lập màu, độ dài,hình dáng và hướng cho các vectors.
Vectors Lengths : xác lập chiều dài cho vectors.
New button: đưa ra màn hình một thanh công cụ có thể truy xuất nhanh khi
ta click chuột vào button đó.
New control : lệnh điều khiển mà người dùng muốn điều khiển, mỗi một
chi tiết khác nhau sẽ có những phương pháp điều khiển khác nhau. Nếu ta
muốn điều khiển Actuator có thể điều khiển theo Force, Length, Velocity,
Acceration và các phần tử khác cũng vậy.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 15 -
3.1.7 Measure
Thanh công cụ này dùng để đánh gía phân tích các kết quả của mô hình ma ta mô
phỏng, trong thanh công cụ này ta có thể biết được vị trí, vận tốc, lưc… của các phần tử
trong mô phỏng mà ta đang làm.
3.1.8 Script
Đây là một trong những phần mềm mã mở, ta có thể lập trình và thiết lập các
chế độ làm việc và điều khiển của mô hình thông qua ngôn ngữ lập trình.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 16 -
3.1.9 Window
Properties: ở đây ta có thể hiển thị và thay đổi các đặc tính của phần tử.
Mỗi một chi tiết khác nhau thì có một Prperties khác nhau, dùng để định dạng chi
tiết đó. Ví dụ như Properties của Polygon như sau:
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 17 -
Một Polygon thì được xác định bằng những giá trị như sau:
x, y, i : xác định vị trí của Polygon đó trong hệ tọa độ
Vx, Vy, Vi : Vận tốc cũng Polygon trong hệ tọa độ
Material : là vật liệu làm Polygon đó.
Mass : khối lượng của Polygon.
Stat.fric : là hệ số ma sát tĩnh
Kin.fric : là hệ số mà sát động.
Elastic : hệ số đàn hồi của Polygon
Charge : điện tích của Polygon
Density : là mật độ khối lượng trên một đơn vị diện tích.
Planar, sphere, shell, 3D : hình dạng của Polygon là phẳng, cầu,
tấm hay..
Appearance : Cách thể hiện các phần tử
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 18 -
3.2 THƢ VIỆN CHI TIẾT
3.2.1 Công cụ để vẽ và liên kết.
Body Toolbar dùng để vẽ các hình dạng
đối tượng đơn giản.
Công cụ Anchor dùng để khóa chuyển
động của vật thể.
Join toolbar dùng để liên kết 2
phần tử với nhau
Split toolbar dùng để tách rời 2 phần
tử liên kết.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 19 -
3.2.2 Các phần tử chấp hành.
Lò xo xoắn
Liên kết dây
Tạo hệ thống tời Tạo liên kết thanh
Tạo khe
hở
Tạo cơ cấu chấp hành
Giảm chấn
thẳng
Lò xo thẳng
Tạo động cơ
Bánh răng
Giảm chấn
xoắn
Tạo phần tử điểm để
tạo liên kết hoặc xác
định vị trí đo đạc các
đại lượng mô phỏng
Tạo phần tử rãnh trượt cong
Tạo phần tử rãnh
trượt ngang
Tạo phần tử điểm vuông
để tạo liên kết cứng hoặc
kết hợp với phần tử slot
tạo liên kết rãnh trượt
Tạo phần tử rãnh trượt cong khéo kín
Tạo phần tử rãnh
trượt dọc
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 20 -
4. MỘT SỐ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA WORKING MODEL
4.1 Vẽ khối rơi tự do
Tìm tới phần tử Rectangle bên trái và chuyển sang môi trường mô phỏng.
Vẽ một hình chữ nhật kéo dài và sau đó Run.
Mô hình sẽ rơi tụ do.
Tạo liên kết cứng giữa hai
vật đặt chồng lên nhau
Tạo liên kết rãnh trượt
không xoay nằm ngang
Tạo liên kết rãnh trượt
xoay nằm ngang
Tạo liên kết rãnh trượt
không xoay thẳng đứng
Tạo liên kết rãnh trượt
xoay thẳng đứng
Tạo khớp xoay
giữa hai vật
Tạo liên kết rãnh
trượt xoay cong hở
Tạo liên kết rãnh trượt
xoay cong kín
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 21 -
4.2 Thêm vectơ vận tốc.
Click vào hình chữ nhật và chọn thanh công cụ Define sau đó chọn Velocity. Khi
đó mọi chuyển động, độ lớn, phương vận tốc đều thể hiện trên khối hình chữ nhật đó.
4.3 Tạo sự dao động.
Để tạo sự dao động của khối chữ nhật ta click vào thanh công cụ Pin joint và đặt
vào phía góc trái của khối. Sau đó Run khi đó khối chữ nhật sẽ quay quanh điểm mà ta
đặt Pin joint.
4.4 Show quá trình thay đội vị trí của khối chữ nhật.
Ta lựa chọn thanh công cụ Measure và chọn Position. Trong môi trường làm việc
sẽ xuất hiện một bảng biểu diễn sự thay đổi vị trí của khối chữ nhật khi ta Run.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 22 -
4.5 Thay đổi trọng trƣờng.
Ta click vào thanh công cụ World và chọn Gravtity. Nhìn vào màn hình ta sẽ thay
đổi trọng lượng.
4.6 Thêm tải trọng gió.
Chọn thanh công cụ World và chọn Air Resistance để chọn tải trọng gió. Giả sử
chọn Slow Speed và mạc định gia trị là 0,3 kg/m2
và chọn OK.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 23 -
4.7 Thêm liên kết lò xo.
Chọn chi tiết Spring và chuyển sang môi trường lam việc. Một đầu đặt vào phía
trên bên phải khối chữ nhật và một đầu đặt vào phần còn lại sau đó chọn Run.
4.8 Phƣơng pháp điều khiển.
Chọn đối tượng cần đièu khiển sau đó chọn thanh công cụ Define và chọn dạng cần
điều khiển và cách điều khiển. Dạng điều khiển có thể là velocity, force, length,
accedation.. và cách điều khiển có thể là Slide, Bottom…phù hợp.
Sau khi chọn Run ta di chuyển lên và xuống để thay đổi giá trị điều khiển.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model
Dương Mạnh Hùng Máy xây dựng A-k45 - 24 -
4.9 Liên kết với Autocad 2D
Với phần mềm này vấn đề khó khăn để vẽ chính xác một mô hình là khó khăn nếu
như không có phần Import. Cho phép ta Import với Matlab ( dưới 4.2 ), Excell,
Microsoft, Autocad 2D. Các bước thực hiện khi liên kết với Atutocad 2D như sau.
Từ một bản cad ta Save as thành một file có đuôi là Backhoe.dxf, ta chỉ có
thể import với autocad khi đuôi file là .dxf.
Từ màn hình giao diện Working Model ta chọn thanh thanh công cụ Import
và chỉ đường dẫn tói file Backhoe.dxf và chọn open.
Như vậy mọi nét vẽ trong Autocad sau khi Import đều được thể hiện trong
Working Model, tạo thuận lợi cho quá trình vẽ các đa giác phức tạp.
4.10 Xuất bản mô phỏng
Phần mềm nay cung cấp cho ta 3 định dạng xuất bản mô phỏng.
*.dta : xuất thành một file dữ liệu cho lập trình
*.dxf : xuất sang Autocad
*.avi : tạo một clip mô phỏng họat động của mô hình.
Nghiên cứu khoa học sinh viên 2009 Ứng dụng Working Model