SimPhant
Руководство пользователя
Добро пожаловать в официальную документацию по SimPhant™ — продвинутой среде физики, моделирования и симуляций динамики многотельных систем!
SimPhant — это высокоточное программное обеспечение для строгого аналитического моделирования механики, призванное реализовать Ваши идеи и изобретения методами углубленного анализа систем твердых тел.
Независимо от того, анализируете ли вы простой маятник, подбираете размеры двигателей для многоосевой роботизированной руки или рассчитываете подшипники внутри планетарного редуктора, SimPhant оценивает точную физику на каждом шаге времени без нарастающих математических ошибок или дрейфа кинематических связей.
Основная цель SimPhant — предоставить инженерам, исследователям и робототехникам точную инженерную информацию. В отличие от итеративных физических движков в реальном времени, которые используют искусственное демпфирование и позиционные коррекции для визуальной стабильности, SimPhant делает приоритет на истинной кинематической точности, термодинамическом сохранении энергии и точном извлечении сил соединений с помощью множителей Лагранжа. Работая на основе уникального решателя дифференциально-алгебраических уравнений (DAE) на базе Python, SimPhant использует дополненную формулировку и матрицу дополнения Шура для совершенного решения сложных механических ограничений.
SimPhant позволяет виртуально собирать механические системы, добавлять реальные динамические силы и, по результатам симуляции, извлекать точную инженерную телеметрию, необходимую для измерения реальных подшипников, настройки управляющих циклов и проверки механической надёжности.
Программное обеспечение предоставляет пользователю комплексный набор инструментов механического моделирования и анализа, доступных через интуитивно понятный 3D-графический интерфейс:
1. Геометрия и моделирование твердых тел
- Импорт CAD-данных: импорт 3D-моделей и сборок (в форматах STL, OBJ) с возможностью разбиения сетки на основе топологии или свойств материала.
- Параметрические примитивы: создание геометрических фигур с математически точной формой (параллелепипеды, цилиндры, сферы, призмы, конусы, торы и звенья).
- Автоматический расчет массово-инерционных характеристик: SimPhant автоматически вычисляет центр тяжести (CoG), точную массу, объем и полный тензор главных моментов инерции для каждого импортированного или созданного тела на основе плотности, заданной пользователем.
2. Кинематические ограничения и сопряжения
- Стандартные кинематические связи: соединение тел с использованием стандартных инженерных ограничений, включая жесткое, сферическое, вращательное, цилиндрическое, поступательное и плоское сопряжения.
- Зубчатые передачи: кинематические связи шестеренчатых пар для передачи вращения и мощности. Поддержка прямозубых, косозубых, внутренних (кольцевых) и конических передач с автоматическим расчетом радиальных и осевых нагрузок.
- Системы координат: создание локальных систем координат для точного размещения сопряжений, тел и сил с заданными углами и смещениями.
3. Приводы и динамика
- Силы и моменты: Задание с помощью постоянных векторов или сложных математических функций, зависящих от времени (например, sin(t), step()).
- Электродвигатели и приводы: Настройка приводов с ограничением максимальной скорости, автоматическим масштабированием характеристики крутящего момента и функцией рекуперативного торможения.
- Кинематическое движение: Принудительное перемещение сочленений в соответствии с заданными пользователем профилями смещения или скорости, полностью игнорирующее внешние физические воздействия.
4. Упругие элементы и контакты
- Пружины и втулки: Моделирование физической упругости с использованием пружин сжатия, пружин кручения и пространственных втулок с 6 степенями свободы (6-DOF), допускающих настройку жесткости, демпфирования (затухания) и предварительного натяга.
- Обнаружение столкновений: Использование контактных пар двух тел на этапе точного анализа (narrow-phase) с учетом трения, настраиваемых показателей степени для глубины проникновения, упругости контакта и демпфирования при ударе.
5. Решатели для моделирования и телеметрия
- Адаптивные решатели: Выбирайте между высокоскоростными методами с фиксированным шагом (RK4, Symplectic Euler) и стандартными для отрасли адаптивными алгоритмами (SciPy RK45, Radau, BDF, LSODA), предназначенными для решения крайне жестких дифференциальных уравнений.
- Постпроцессор телеметрии: Построение графиков энергии системы, кинематических параметров твердых тел (перемещение, скорость, ускорение) и точных значений реакций в сочленениях в специальном окне визуализации.
- Экспорт данных и медиафайлов: Экспорт телеметрии (результатов симуляции) напрямую в формат CSV для последующего анализа в MATLAB или Excel, либо создание высококачественной анимации (WebM) работы вашего механизма.
Начало работы
Быстрый способ начать работу с SimPhant:
- Скачайте актуальный пакет для Windows со страницы GitHub Releases.
- Запустите файл
SimPhant.exe. - Откройте одну из готовых моделей из папки
Examples, чтобы изучить принципы моделирования и симуляции реальных механизмов.
Ссылки на проект
Если вы хотите изучить реализацию, изменить решатель (solver) или внести вклад в разработку кода, используйте версию с исходным кодом на Python.
- Репозиторий с исходным кодом: SimPhant
- Версия для Windows: GitHub Releases
- Сайт документации: SimPhant Docs
- Исходный код документации: simphant-docs
- Сообщения об ошибках и предложения по новым функциям: Issue tracker