“Motion study” er en catch-all betegnelse for simulering og analyse af bevægelsen af mekaniske samlinger og mekanismer. Traditionelt er bevægelsesstudier blevet opdelt i to kategorier: kinematik og dynamik. Kinematik er studiet af bevægelse uden hensyntagen til kræfter, der forårsager det; dynamik er studiet af bevægelser, der er resultatet af kræfter. Andre nært beslægtede udtryk for de samme typer undersøgelser er Multibody-dynamik, mekanisk systemsimulering og endda virtuel prototyping.
kinematisk analyse er en enklere opgave end dynamisk analyse og er tilstrækkelig til mange applikationer, der involverer bevægelige dele. Kinematiske simuleringer viser de fysiske positioner for alle dele i en samling med hensyn til tiden, når den gennemgår en cyklus. Denne teknologi er nyttig til simulering af steady state-bevægelse (uden acceleration) såvel som til evaluering af bevægelse til interferensformål, såsom samlingssekvenser af komplekst mekanisk system. Mange grundlæggende kinematiske pakker går imidlertid et skridt videre ved at tilvejebringe “reaktionskræfter”, kræfter, der er resultatet af bevægelsen.
dynamisk simulering er mere kompleks, fordi problemet skal defineres yderligere, og der er behov for flere data for at redegøre for kræfterne. Men dynamik kræves ofte for nøjagtigt at simulere den faktiske bevægelse af et mekanisk system. Generelt hjælper kinematiske simuleringer med at evaluere form, mens dynamiske simuleringer hjælper med at analysere funktion.
traditionelt har kinematik og dynamik fulgt den klassiske analyseprogrammetode til forbehandling (forberedelse af dataene), løsning (kørsel af løsningsalgoritmer, der involverer løsning af samtidige ligninger) og efterbehandling (analyse af resultaterne). Selvom dagens programmer er meget mere interaktive, følger de fleste programmer denne grundlæggende proces, da det er en logisk måde at løse problemet på. De fleste løsere er tilgængelige som uafhængige programmer.
en af grundene til populariteten af solid modellering er, at den sætter scenen for mange applikationer. Du kan praktisk talt oprette arbejdstegninger automatisk, gengive modeller, der ligner de virkelige objekter og generere fysiske modeller fra rapid prototyping-udstyr. Tilsvarende studerer bevægelsen af bevægelige mekanismer og samlinger hurtigt næsten et “gratis” biprodukt af solid modellering, hvilket hjælper ingeniører med at gøre følgende:
- Simuler mekanismer til at hjælpe med at udvikle brugbare designs
- se fysisk realistiske animationer for at opdage problemer og studere æstetik
- Find interferenser mellem bevægelige dele og reparer dem
- Kontroller et helt mekanisk system med adskillige, endda ikke-relaterede, bevægelige komponenter
- Plotkuverter til design af huse og sikring af frirum.
- Opret animationer af samlingssekvenser for at planlægge effektiv fremstilling
- Generer nøjagtige belastningsoplysninger til forbedret strukturanalyse
- Beregn krævede specifikationer for motorer, fjedre, aktuatorer osv. tidligt i designprocessen
- producere animationer til output til video eller til udstationering på hjemmesider for at vise kunder og kunder, hvordan produkter rent faktisk vil arbejde—ikke bare give et sæt billeder af, hvordan det kan arbejde
den grundlæggende output af motion undersøgelser er talrige, herunder animation, detektering interferens, spor funktioner, grundlæggende bevægelsesdata, og plots og grafer. Animerede bevægelser er det klassiske output af enkle kinematiske analyser. Oprindeligt bruger designeren simpel animation som en visuel evaluering af bevægelse for at se, om det er det, der ønskes. Mere sofistikerede animationer kan vise bevægelse fra kritiske vinkler eller endda inde i dele, en klar fordel i forhold til at bygge og køre en fysisk prototype.
evnen til at registrere og rette interferenser uden at skifte mellem programmer er en af de primære fordele ved at integrere bevægelsessimulering og CAD. De fleste systemer giver farvefeedback, for eksempel ved at henvende sig til røde dele, der oplever interferenser. Mere nyttigt er imidlertid systemer, der omdanner interferensvolumen til et separat stykke geometri, som derefter kan bruges til at ændre delene for at eliminere interferensen.
sporingsfunktioner giver yderligere oplysninger om bevægelse. Bevægelsen af et led eller et bestemt punkt på en del kan afbildes i 3D som en linje eller overflade. Eller systemet kan efterlade kopier af geometrien med bestemte intervaller. Sådanne funktioner kan tilvejebringe en kuvert af bevægelse, der kan bruges til at designe huse eller sikre frirum.
bevægelsesdata, såsom kræfter, accelerationer, hastigheder og de nøjagtige placeringer af samlinger eller punkter på geometri kan normalt udvindes, skønt sådanne kapaciteter er mere anvendelige til dynamiske simuleringer snarere end kinematiske undersøgelser. Nogle systemer giver brugerne mulighed for at vedhæfte instrumenter til deres modeller for at forenkle at specificere, hvilke resultater de vil se.
de fleste pakker giver et væld af plotte og graftegning funktioner. Plots og grafer bruges mest, fordi værdier varierer over tid og er mere meningsfulde end en enkelt værdi på et givet tidspunkt. En særlig nyttig evne til at studere designalternativer er at plotte resultaterne af to forskellige simuleringer på den samme graf. Sådanne data kan også hjælpe designere med at bestemme størrelsen på motorer, aktuatorer, fjedre og andre mekanismekomponenter.
kræfter, der er resultatet af bevægelse, er af særlig interesse, fordi de kan bruges som belastninger (eller i det mindste til at beregne dem) til strukturel analyse af individuelle medlemmer. Typisk bruges den højeste belastning for en cyklus til at udføre en lineær statisk endelig elementanalyse (FEA) af kritiske individuelle komponenter i en mekanisme. Integration af solid modellering, bevægelsessimulering og FEA—programmer kan i høj grad strømline denne proces-især vigtigt, når man studerer designalternativer, hvor mange analyser er påkrævet.
ingeniører har brugt specialiserede programmer til at udføre forskellige analyser i årevis i projekter såsom bil suspension design. At udføre alle opgaverne i et enkelt CAD-program bliver rutine, da solide modeller er tæt knyttet til bevægelsessimuleringsprogrammer.
