Устройство для моделирования изгибных колебаний стержней

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании колебаний механических устройств, расчетная схема которых сводится к стержневым системам, и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1105911. Цель изобретения - повышение точности. Устройство позволяет достигнуть полного подобия моделируемой системы и модели как по частотам, так и по демпфированию даже при произвольном распределении упруго-массо-демпфирующих параметров вдоль стержня. Для этого устройство имеет блоки моделирования дискретной изгибной жесткости с учетом демпфирования, блоки моделирования дискретной массы, блоки задания начальных условий и блоки задания граничных условий . Блоки моделирования дискретной изгибной жесткости и дискретной массы реализованы в виде восьмиполюсников, соединяются последовательно друг с другом и имеют органы установки коэффициентов моделирования по жесткости и по демпфированию , и коэффициентов моделирования по массе соответственно. 2 ил. л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 06 G 7/68

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1105911 (21) 3991958/24 (22) 16,12,85 (46) 07,09.91. Бюл. hb 33 (72) Г.Ф. Мельников и А.В. Ревякин (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 1105911, кл. G 06 G 7/68, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ. СТЕРЖНЕЙ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при моделировании колебаний механических устройств. расчетная схема которых сводится к стержневым системам, и является усовершенствованием устройства по авт,св, М 1105911. Цель изобретения — повышение точности. Устройство позволяИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике. может быть использовано при моделировании колебаний механических устройств, расчетная схема которых может быть сведена к стержневым системам, и является усовершенствованием устройства по авт. св. hh 1105911.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства. на фиг. 2 — функциональная схема блока моделирования дискретной иэгибной жесткости.

Устройство содержит блоки 1 моделирования дискретной массы, блоки 2 моделирования дискретной изгибной жесткости, блок

3 задания начальных условий, блок 4 задания граничных условий. Каждый блок 2 мо„„59 „„1675912 А2

I ет достигнуть полного подобия моделируемой системы и модели как по частотам, так и по демпфированию даже при произвольном распределении упруго-массо-демпфирующих параметров вдоль стержня, Для этого устройство имеет блоки моделирования дискретной изгибной жесткости с учетом демпфирования, блоки моделирования дискретной массы, блоки задания начальных условий и блоки задания граничных условий, Блоки моделирования дискретной изгибной жесткости и дискретной массы реализованы в виде восьмиполюсников, соединяются последовательно друг с другом и имеют органы установки коэффициентов моделирования по жесткости и по демпфированию, и коэффициентов моделирования по массе соответственно. 2 ил. делирования дискретной изгибной жесткости содержит дифференциальные усилители

5 — 8, первый масштабный резистор 9, переменный резистор 10, второй масштабный резистор 11, конденсатор 12, пятый дифференциальный усилитель 13, переменный масштабный резистор 14 и третий масштабный резистор 15.

В статике устройство представляет из себя последовательное соединение блоков

1 (элементов-аналогов) моделирования дискретных масс и блоков 2 моделирования дискретных изгибных жесткостей с учетом вязкого трения. Количество таких блоков в устройстве определяется расчетной схемой и зависит от требуемой точности моделирования, на которую определенным образом влияет число разбиений стержня и, следоi 675912 вательно, число элементов-аналогов. При чем элемвнты-аналоги, представляющие иэ себя восьмиполюсники, соединяются так, что полюса П 1, П 8 соединяются последовательно, образуя в устройстве шину перемещений Уь на которой эамеряются напряжения — аналоги амплитуды поперечного перемещения (прогиба) l участка стержня.

Аналогично последовательно соединяются полюса П 2 и Il 7, образуя шину углов поворота р, полюса П 3 и П 6, образуя шину моментов М, полюса П 4 и П 5, образуя шину перереэывающих сил Оь В начале и в конце устройства включаются блок 3 задания начальных условий и блок 4 задания граничных условий, которые позволяют задавать

, на каждый из перечисленных шин опреде; ленные напряжения-аналоги граничным и начальным условным в моделируемой расчетной схеме, В каждом блоке 1 моделирования дискретных масс входное напряжение в виде разности напряжений между полюсами Гl 4 и П 5 подается на дифференциальный усилитель с коэффициентом передачи, пропорциональным вели. чине приведенной массы в данном сечении моделируемой балки. Выход этого усилителя соединен через последовательно включенные интеграторы с шиной перемещений (она соединяет полюса П 1, П 8 блока 1), Таким образом, цепь из перечисленных соединений блока 1 моделирования масс является как бы цепью обратной связи для блока 2 моделирования дискретной жесткости от его выхода (шипа П 4, П 5) к входу (шина %, полюса П 1, П 8), Та ких соединен ий в устройстве имеется столько, сколько дискретных масс и жесткостей в расчетной схеме моделируемого стержня.

Блок 3 начальных условий и блок 4 граничных условий представляют иэ себя набор переключателей (не показан), соединяющих каждую из четырех шин Уь р, Мь Сп либо с нулевой шиной, либо с источником напряжения-аналогом физической величины по этой шине, Это напряжение (нулевое или нет) характеризует начальные и граничные условия, аналогичные для конкретного случая заделки моделируемой балки.

Устройство работает следующим образом.

В одну иэ точек шины перемещений У блока 2 (фактически это один из полюсов П

1, П 8 блока 2) включают генератор переменного напряжения-аналог источника поперечных колебаний балки (вибратора). В

3D

50 зависимости от точки включения легче реализовывается та или иная формы колебаний. Напряжение между этой точкой и заземляющей шиной вызывает появление переменного напряжения на выходе усилителя 5 блока 2 и, следовательно, на входе и на выходе усилителя 6 этого же блока. Напряжение с усилителя 6 подается на вход усилителя 7 двумя параллельными путями.

По первому пути оно непосредственно через масштабный резистор 9 подается сразу на инвертирующий вход усилителя, а по второму пути через резистор 11, конденсатор

12, усилитель 13 и третий масштабный резистор 15. На выходе усилителя 7 таким образом появляется разность напряжения с выхода усилителя 6 и напряжения, пропорционального первой производной от этого напряжения. Причем весовые коэффициенты этих напряжений при складывании задаются с помощью переменных резисторов, стоящих в целях обратных связей усилите- . лей 7 и 13. Напряжение с выхода усилителя

7 вызывает появление напряжения на выходе усилителя 8 и служит причиной появпения входного напряжения на входе блока 1 моделирования масс.

Появление перечисленных напряжений на полюсах одного из блоков 2 заставляет изменяться потенциалы на всех остальных полюсах всех шин (Уь р Мь Ql) no всему устройству, Причем для разных частот генератора распределения потенциалов вдоль модели на шинах будет различным. Это распределение и характеризует норму колебаний стержня при вынужденном колебательном режиме, Если частота генератора совпадает с одной из собственных частот колебаний такой цепочечной схемы, то эа счет действия обратных связей, осуществляемых через соединения элемента-аналога массы, наблюдается увеличение амплитуды напряжения в некоторых точках модели (пучностях) и ослабление в других точках (узлах), Такое явление показывается пространственным резонансом (явление

"стоячей волны" в электрических цепочечных схемах). Частота напряжения генератора при этом равна собственной частоте поперечных колебаний балки (частоты п тона колебаний), а распределение напряжений в точках П вдоль устройства характеризует форму изгибных колебаний этого тона. Таких частот и форм может быть несколько (первая форма, вторая и т.д.). 3aтем с помощью масштабных коэффициентов переводят эти напряжения в соответствующие механические величины.

1675912

n 1) и> 1)

/7б (4n> п ОЮ) Составитель

Техред М,Моргентал

Корректор С. Шевкун

Редактор Н. Гунько

Заказ 3005 Тираж 364 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Устройство для моделирования изгибных колебаний стержней по авт. св, М 1105911, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в каждый блок моделирования дискретн ых изгибных жесткостей введены два масштабных резистора, конденсатор, пятый дифференциальный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен переменный масштабный резистор,причем выход второго дифференциального усилителя через последовательно соединенные второй масштабный резистор и конденсатор соединен с инвертирующим входом пятого усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциале, выход пятого дифференциального усилителя через третий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя.