Amesim模拟电梯中人的运动-机械库带摩擦和限位的质量块

       

       

       

       

       

MAS30 表示两个物体在一维方向上的运动，其受到作用于4个端口的外力N以及摩擦力的影响。一个物体通常是活塞，在另一个物体内部移动。外部物体被称为包络，并且它相对于固定参考系移动。该子模型返回每个物体的速度（单位：m/s）、位移（单位：m）和加速度（单位：m/s/s）。位移被限制在指定范围内，通过包含6个弹性端部止挡实现：

• 2个弹性端部止挡位于包络与固定参考之间，
• 2个弹性端部止挡位于内物体（活塞）与包络之间，
• 2个弹性端部止挡位于内物体（活塞）与固定参考之间。

活塞与包络之间的摩擦力被建模为Karnopp摩擦、静摩擦、库仑摩擦、粘性摩擦和风阻摩擦。

请注意，干摩擦（Karnopp模型）仅作用于活塞与包络之间。粘性摩擦和风阻摩擦可以考虑：

• 包络与固定参考之间，
• 活塞与包络之间。

选择“复杂”参数设置以独立设置“包络与固定参考之间的粘性摩擦”和“活塞与包络之间的粘性摩擦”。同样地，应独立设置风阻摩擦的值。

从没有摩擦力的位置开始，如果相对位移发生变化，则会出现静摩擦力。这由两部分组成：

• 一种力，随着相对位移的变化线性增加，直到达到用户指定的最大静摩擦力。当相对位置变化达到用户定义的阈值时发生这种情况。
• 一种粘性摩擦项，用于防止非物理振荡。

我们考虑电梯中人的垂直运动。电梯移动时，人由质量M1建模，电梯轿厢由质量M2建模。缆绳牵引力通过力源建模。

将研究电梯缆绳断裂时人的运动状态。

人和电梯轿厢均受重力作用。人的质量为80 kg，轿厢质量为1吨（忽略缆绳质量）。

选择建筑物地面作为参考坐标系原点。电梯位移被限制在0米至15米两个机械挡块之间。轿厢地板对人的支撑力（防止坠落）通过弹性接触力建模，摩擦力忽略不计。

图2所示系统是一个可行的电梯模型，可使用机械库和信号库中的组件构建。

图2：电梯中人的模型

需考虑多种位移限制：

• 人相对于固定参考系的垂直位移限制（本案例不使用）；
• 人相对于电梯轿厢的垂直位移限制——下限对应轿厢地板，上限对应轿厢天花板；
• 轿厢相对于固定参考系的垂直位移限制（0米和15米处设置挡块）。
  
   

仿真初期力源输出值大于维持静止所需值，因此轿厢应上升。缆绳断裂通过4秒后力源归零模拟。

所有质量运动均在单一参考系中表达：人与轿厢初始位于地面以上10米。"相对位移"变量反映人相对于轿厢的垂直位移。

忽略摩擦力相关参数，活塞/边界位移限制用于约束人在轿厢内的运动（下限0米接触地板，上限1米可能撞击天花板）。边界/固定参考限制则约束轿厢运动范围（地面至顶层）。活塞/固定参考限制因已有双重约束而不启用。

切换到仿真模式，运行5秒仿真（通信间隔0.1秒），需启用不连续性打印选项以捕捉弹性接触模型的预期不连续点。

绘制人（端口1位移）与轿厢（端口2位移）的垂直位移曲线：

仿真初期轿厢与人同步上升。缆绳断裂（4秒）后仅重力作用，两者开始下落。

工作原理深度解析：

• 双质量系统通过4个端口与外部连接，支持复杂的力传递拓扑
• 摩擦模型采用三级分层结构：静摩擦区→Stribeck过渡区→完全动摩擦区
• 接触阻尼采用指数渐进式激活机制，避免接触瞬间的数值振荡

典型应用场景：

1. 液压缸活塞动态分析：考虑密封件摩擦与行程限制
2. 阀门执行机构：研究启闭过程中的冲击与振动
3. 车辆悬架系统：模拟减震器多级阻尼特性

参数关联矩阵：