Simscapeのサンプル「理想的なハード ストップを使用するカ​ート上の質量」のシミ​ュレーション結果でi​deal frictionの最​大静止摩擦力を越えて​いないのに動摩擦にモ​ードが移行している理​由がわかりません

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takuma nakamura
takuma nakamura on 12 Feb 2022
Answered: Toshinobu Shintai on 12 Feb 2022
Simscapeのサンプル理想的なハード ストップを使用するカート上の質量のシミュレーション結果でideal frictionの最大静止摩擦力を越えていないのに静止摩擦モードから動摩擦モードに移行している理由がわかりません。
Ideal Frictionの設定では最大静止摩擦力(Static friction limit)は25Nに設定されていますが、Ideal Friction上に生じる摩擦力が25Nを越えない状態でCartとMassに速度差が生じて動摩擦モードに移行している結果となっています。この理由をお教えいただけると幸いです。(このサンプルはmatlab上で「ssc_ideal_hard_stop」コマンドで起動できるサンプルとなっています)

Answers (1)

Toshinobu Shintai
Toshinobu Shintai on 12 Feb 2022
理想的なハードストップ「Ideal Hard Stop」ブロックは、通常のHard Stopよりも計算時間を効率化させるためのブロックであり、Simscapeの標準のライブラリには存在していない特殊なブロックです。仰る通り、ideal frictionの最大静止摩擦力を越えていないのに静止摩擦モードから動摩擦モードに移行しているわけですが、これは Ideal Hard Stop ブロックが隣接するCartブロックの速度を強制的に書き換えているためです(詳しくは、このブロックのソースコードを確認してください)。
ハードストップがかかった瞬間(位置が0.1を超えようとした瞬間)、Cartブロックの速度を-(Coefficient of restitution) 倍にします。この例では、速度は 0.5 * (-0.8) = -0.4 [m/s]となります。
この時、発生する力は (速度変化) * (Viscous friction coefficient) として計算されます。Cartブロックは0.9[m/s]の速度変化がかかったため、0.9 * 20 = 18 [N] となります。
Cartブロックが強制的に速度を変えられたため、実質的にCartとMassの速度が異なるため、動摩擦モードに移行することになります。
以下のグラフは衝突の瞬間の波形を拡大したものになります。

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