SimPhant

Посібник користувача

Ласкаво просимо до офіційної документації SimPhant™ — передового середовища фізики, моделювання та симуляцій динаміки багатотільних систем!

SimPhant – це високоточне програмне забезпечення для суворого аналітичного моделювання механіки, створене реалізувати Ваші ідеї та винаходи методами поглибленого аналізу систем твердих тіл.

Незалежно від того, чи аналізуєте ви простий маятник, підбираєте розміри двигунів для багатоосної роботизованої руки або розраховуєте підшипники всередині планетарного редуктора, SimPhant оцінює точну фізику на кожному кроці часу без наростання математичних помилок або дрейфу кінематичних зв'язків.

Основна мета SimPhant — надати інженерам, дослідникам і робототехнікам точну інженерну інформацію. На відміну від ітеративних фізичних двигунів у реальному часі, які використовують штучне демпфування та позиційні корекції для візуальної стабільності, SimPhant надає пріоритет справжній кінематичній точності, термодинамічному збереженню енергії та точному вилученню сил з'єднань за допомогою множників Лагранжа. Працюючи на основі унікального розв'язувача диференційно-алгебраїчних рівнянь (DAE) на базі Python, SimPhant використовує доповнене формулювання та матрицю доповнення Шура для досконалого розв'язання складних механічних обмежень.

SimPhant дозволяє віртуально збирати механічні системи, додавати реальні динамічні сили та, за результатами симуляції, отримувати точну інженерну телеметрію, необхідну для вимірювання реальних підшипників, налаштування циклів керування та перевірки механічної надійності.

Програмне забезпечення надає користувачеві комплексний набір інструментів механічного моделювання та аналізу, доступних через інтуїтивно зрозумілий 3D-графічний інтерфейс:

1. Геометрія та моделювання твердих тіл

• Імпорт CAD-даних: імпорт 3D-моделей та збірок (у форматах STL, OBJ) з можливістю розбиття моделі на основі топології або властивостей матеріалу.
• Параметричні примітиви: створення геометричних фігур з математично точною формою (паралелепіпеди, циліндри, сфери, призми, конуси, тори та ланки).
• Автоматичний розрахунок масово-інерційних характеристик: SimPhant автоматично обчислює центр ваги (CoG), точну масу, об'єм і повний тензор головних моментів інерції для кожного імпортованого або створеного тіла на основі щільності, заданої користувачем.

2. Кінематичні обмеження та сполучення

• Стандартні кінематичні зв'язки: з'єднання тіл із використанням стандартних інженерних обмежень, включно з жорстким, сферичним, обертальним, циліндричним, поступальним і плоским сполученням.
• Зубчасті передачі: кінематичні зв'язки шестерних пар для передачі обертання та потужності. Підтримка прямозубих, косозубих, внутрішніх (кільцевих) і конічних передач з автоматичним розрахунком радіальних та осьових навантажень.
• Системи координат: створення локальних систем координат для точного розміщення сполучень, тіл і сил із заданими кутами та зміщеннями.

3. Приводи та динаміка

• Сили та моменти: Задання за допомогою постійних векторів або складних математичних функцій, що залежать від часу (наприклад, sin(t), step()).
• Електродвигуни та приводи: Налаштування приводів з обмеженням максимальної швидкості, автоматичним масштабуванням характеристики крутного моменту та функцією рекуперативного гальмування.
• Кінематичний рух: Примусове переміщення з'єднань відповідно до заданих користувачем профілів зміщення або швидкості, що повністю ігнорує зовнішні фізичні впливи.

4. Пружні елементи та контакти

• Пружини та втулки: Моделювання фізичної пружності з використанням пружин стиснення, пружин кручення та просторових втулок із 6 ступенями свободи (6-DOF), що допускають налаштування жорсткості, демпфування (затухання) та попереднього натягу.
• Виявлення зіткнень: Використання контактних пар двох тіл на етапі точного аналізу (narrow-phase) з урахуванням тертя, налаштовуваних показників для глибини проникнення, жорсткості контакту та демпфування під час удару.

5. Розв'язувачі для моделювання та телеметрія

• Адаптивні розв'язувачі: Вибирайте між високошвидкісними методами з фіксованим кроком (RK4, Symplectic Euler) та стандартними для галузі адаптивними алгоритмами (SciPy RK45, Radau, BDF, LSODA), призначеними для розв'язання вкрай жорстких диференціальних рівнянь.
• Постпроцесор телеметрії: побудова графіків енергії системи, кінематичних параметрів твердих тіл (переміщення, швидкість, прискорення) та точних значень реакцій з'єднань у спеціальному вікні візуалізації.
• Експорт даних і медіафайлів: Експорт телеметрії (результатів симуляції) безпосередньо у формат CSV для подальшого аналізу в MATLAB або Excel, або створення високоякісної анімації (WebM) роботи вашого механізму.

Початок роботи

Найшвидший спосіб почати роботу з SimPhant:

1. Завантажте актуальний пакет для Windows зі сторінки GitHub Releases.
2. Запустіть файл SimPhant.exe.
3. Відкрийте одну з готових моделей з папки Examples, щоб вивчити принципи моделювання та симуляції реальних механізмів.

Посилання на проект

Якщо ви хочете вивчити реалізацію, змінити вирішувач (solver) або зробити внесок у розробку коду, використовуйте версію з вихідним кодом на Python.

• Репозиторій із вихідним кодом: SimPhant
• Версія для Windows: GitHub Releases
• Сайт документації: SimPhant Docs
• Вихідний код документації: simphant-docs
• Повідомлення про помилки та пропозиції щодо нових функцій: Issue tracker