常见约束的四种类型
常见约束的四种类型:光滑面约束、柔性约束、钗链约束、固定端约束。
概念:光滑平面或曲面对物体所构成的约束称为光滑面约束。 约束特点:只限制物体在接触点沿接触面的公法线方向指向约束物体的运动,而不限制物体沿接触面切线方向的运动。 约束反力的方向:通过接触点沿接触面公法线方向并指向被约束物体。通常用 FN 表示。
由绳索、链条、皮带等柔性体对物体构成的约束称为柔性约束。对比刚性约束,柔性约束可以将受约束对象保持在一定运动空间内,使受约束对象存在一定程度的位移,约束的强弱则取决于柔性约束的刚度。
铰链约束是指由铰链构成的约束,只能限制物体在该平面内任意方向相对移动,而不能限制物体绕销钉的相对运动。
铰链是工程上常见的连接方式。
铰链约束允许在两个实体之间模拟类似铰链的动作。reactor 可在每个实体的局部空间中按位置和方向指定一根轴。模拟时,两根轴会试图匹配位置和方向,从而创建一根两个实体均可围绕其旋转的轴。或者,可将单个实体用铰链接合至世界空间中的轴。
也可限制附着对象间相对于铰链轴的旋转,例如,这样可以创建一扇仅能推开至指定范围的门。该限制的定义相对于与每个实体的铰链轴相垂直的轴而言。
如果铰链约束附着有正确数目的刚体并包括在有效的约束解算器内,则它会被模拟。没有选定时,无效的约束在视口中呈现为红色。
梁的一端受到约束的限制,使梁既不能向任何方向移动,又不能向任何方向转动,这种约束称为固定端约束。
柔体约束、光滑接触表面的约束、光滑铰链约束、轴承约束。
1、柔体约束
由柔软的绳索、链条或胶带等构成的约束。由于柔体只能限制物体沿柔体伸长方向运动,故只能承受拉力。
约束反力特点:作用点在柔体与被约束物体接触处,作用线沿柔体中心方向背离被约束物体。柔体约束只能承受拉力。
2、光滑接触表面的约束
光滑接触面约束时,不论接触面形状如何,都不能限制物体沿接触面切线方向运动,而只能限制物体沿接触面公法线方向运动。
约束反力的特点:通过接触点,沿接触面公法线方向指向被约束物体。
3、光滑铰链约束
此类约束只能限制物体在垂直于销钉轴线的平面内移动而不能限制绕销钉转动。
约束力的方向总是与约束所阻碍的运动方向相反。约束力的大小是未知的,取决于非自由质点系的运动状态和作用于非自由质点系的其他力,应通过力学定律(如运动微分方程)确定。
例如,火车受到钢轨的约束,不论运动的起始条件和火车所受的推力如何,行驶中的火车(在几何上)总是沿着预定的曲线轨道运动。
钢轨迫使火车按预定曲线运动的力就是约束力,其大小取决于火车所受的其他力和火车的速度、加速度。又如,长为l的细刚杆(重量可忽略)的一端连以小球,另一端O以球铰链悬挂而组成球面摆。