“ Motion study“ ist ein Sammelbegriff für die Simulation und Analyse der Bewegung mechanischer Baugruppen und Mechanismen. Traditionell wurden Bewegungsstudien in zwei Kategorien unterteilt: Kinematik und Dynamik. Kinematik ist das Studium der Bewegung ohne Rücksicht auf Kräfte, die sie verursachen; Dynamik ist das Studium von Bewegungen, die aus Kräften resultieren. Andere eng verwandte Begriffe für die gleichen Arten von Studien sind Mehrkörperdynamik, mechanische Systemsimulation und sogar virtuelles Prototyping.
Die kinematische Analyse ist eine einfachere Aufgabe als die dynamische Analyse und eignet sich für viele Anwendungen mit beweglichen Teilen. Kinematische Simulationen zeigen die physikalischen Positionen aller Teile in einer Baugruppe in Bezug auf die Zeit, während sie einen Zyklus durchläuft. Diese Technologie ist nützlich für die Simulation stationärer Bewegungen (ohne Beschleunigung) sowie für die Bewertung von Bewegungen für Interferenzzwecke, z. B. für Montagesequenzen komplexer mechanischer Systeme. Viele grundlegende kinematische Pakete gehen jedoch noch einen Schritt weiter, indem sie „Reaktionskräfte“ bereitstellen, Kräfte, die sich aus der Bewegung ergeben.
Die dynamische Simulation ist komplexer, da das Problem weiter definiert werden muss und mehr Daten benötigt werden, um die Kräfte zu berücksichtigen. Dynamik ist jedoch häufig erforderlich, um die tatsächliche Bewegung eines mechanischen Systems genau zu simulieren. Im Allgemeinen helfen kinematische Simulationen bei der Bewertung der Form, während dynamische Simulationen bei der Analyse der Funktion helfen.
Traditionell sind Kinematik und Dynamik der klassischen Analysesoftwaremethode der Vorverarbeitung (Aufbereitung der Daten), Lösung (Ausführen der Lösungsalgorithmen, die die Lösung simultaner Gleichungen beinhalten) und Nachverarbeitung (Analyse der Ergebnisse) gefolgt. Obwohl die heutigen Programme viel interaktiver sind, folgen die meisten Programme diesem grundlegenden Prozess, da es ein logischer Weg ist, das Problem zu lösen. Die meisten Solver sind als unabhängige Softwareprogramme verfügbar.
Einer der Gründe für die Beliebtheit von Solid Modeling ist, dass es die Voraussetzungen für viele Anwendungen schafft. Sie können Arbeitszeichnungen praktisch automatisch erstellen, Modelle rendern, die den realen Objekten sehr ähnlich sind, und physische Modelle aus Rapid Prototyping-Geräten generieren. In ähnlicher Weise wird die Untersuchung der Bewegung bewegter Mechanismen und Baugruppen schnell zu einem „freien“ Nebenprodukt der Festkörpermodellierung, das Ingenieuren hilft, Folgendes zu tun:
- Simulieren Sie Mechanismen, um praktikable Designs zu entwickeln
- Zeigen Sie physikalisch realistische Animationen an, um Probleme zu erkennen und die Ästhetik zu untersuchen
- Finden Sie Interferenzen zwischen beweglichen Teilen und beheben Sie sie
- Überprüfen Sie ein gesamtes mechanisches System mit zahlreichen, auch nicht verwandten, beweglichen Komponenten
- Zeichnen Sie Bewegungsumschläge für die Gestaltung von Gehäusen und die Gewährleistung von Freiräumen.
- Erstellen Sie Animationen von Montagesequenzen, um eine effiziente Fertigung zu planen
- Generieren Sie genaue Lastinformationen für eine verbesserte Strukturanalyse
- Berechnen Sie die erforderlichen Spezifikationen für Motoren, Federn, Aktuatoren usw. zu Beginn des Designprozesses
- Erstellen Sie Animationen für die Videoausgabe oder für die Veröffentlichung auf Websites, um Kunden und Auftraggebern zu zeigen, wie Produkte tatsächlich funktionieren — und stellen Sie nicht nur eine Reihe von Bildern zur Verfügung, wie sie funktionieren könnten
Die grundlegende Ausgabe von Bewegungsstudien ist zahlreich, einschließlich Animation, Erkennung von Interferenzen, Trace-Funktionen, grundlegenden Bewegungsdaten sowie Diagrammen und Diagrammen. Animierte Bewegungen sind die klassische Ausgabe einfacher kinematischer Analysen. Zunächst verwendet der Designer eine einfache Animation als visuelle Bewertung der Bewegung, um festzustellen, ob dies gewünscht wird. Anspruchsvollere Animationen können Bewegungen aus kritischen Winkeln oder sogar innerhalb von Teilen zeigen, ein klarer Vorteil gegenüber dem Erstellen und Ausführen eines physischen Prototyps.
Die Möglichkeit, Störungen zu erkennen und zu beheben, ohne zwischen Software wechseln zu müssen, ist einer der Hauptvorteile der Integration von Bewegungssimulation und CAD. Die meisten Systeme bieten Farbrückmeldung, indem sie sich beispielsweise roten Teilen zuwenden, bei denen Interferenzen auftreten. Nützlicher sind jedoch Systeme, die das Interferenzvolumen in ein separates Stück Geometrie umwandeln, mit dem dann die Teile modifiziert werden können, um die Interferenz zu beseitigen.
Trace-Funktionen liefern zusätzliche Informationen zur Bewegung. Die Bewegung eines Gelenks oder eines bestimmten Punktes auf einem Teil kann in 3D als Linie oder Fläche dargestellt werden. Oder das System kann Kopien der Geometrie in bestimmten Intervallen belassen. Solche Funktionen können eine Bewegungshülle bereitstellen, mit der Gehäuse konstruiert oder Abstände sichergestellt werden können.
Bewegungsdaten wie Kräfte, Beschleunigungen, Geschwindigkeiten und die genauen Positionen von Gelenken oder Punkten in der Geometrie können normalerweise extrahiert werden, obwohl solche Funktionen eher für dynamische Simulationen als für kinematische Studien geeignet sind. Bei einigen Systemen können Benutzer Instrumente an ihre Modelle anhängen, um die Angabe der gewünschten Ergebnisse zu vereinfachen.
Die meisten Pakete bieten eine Fülle von Plotten- und Grafikfunktionen. Diagramme und Diagramme werden am häufigsten verwendet, da Werte im Laufe der Zeit variieren und aussagekräftiger sind als ein einzelner Wert zu einem bestimmten Zeitpunkt. Eine besonders nützliche Funktion zum Untersuchen von Entwurfsalternativen besteht darin, die Ergebnisse zweier verschiedener Simulationen in derselben Grafik darzustellen. Solche Daten können Konstrukteuren auch dabei helfen, die Größe von Motoren, Aktuatoren, Federn und anderen Mechanismuskomponenten zu bestimmen.
Kräfte, die sich aus der Bewegung ergeben, sind von besonderem Interesse, da sie als Lasten (oder zumindest zur Berechnung) für die Strukturanalyse einzelner Elemente verwendet werden können. Typischerweise wird die höchste Last für einen Zyklus verwendet, um eine lineare statische Finite-Elemente-Analyse (FEA) kritischer Einzelkomponenten eines Mechanismus durchzuführen. Die Integration von Solid Modeling, Bewegungssimulation und FEA—Software kann diesen Prozess erheblich rationalisieren – besonders wichtig bei der Untersuchung von Konstruktionsalternativen, bei denen viele Analysen erforderlich sind.
Ingenieure verwenden seit Jahren spezielle Softwareprogramme zur Durchführung verschiedener Analysen in Projekten wie der Konstruktion von Automobilaufhängungen. Alle Aufgaben in einem einzigen CAD-Programm zu erledigen, wird zur Routine, da Festkörpermodellierer eng mit Bewegungssimulationssoftware verbunden sind.
