Устройство для моделирования узла рамы

 

пс со,с-„," - 7 я

О П И " НИ

ИЗОБРЕТЕН И

t t t t 561975

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.02.75 (21) 2107803/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.06.77. Бюллетень ¹ 22 (51) М. Кл.е G 06G 7/68

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оа делам иаабретений и открытий (53) УДК 681.333(088.8) Дата опубли кон:гп ни оп нс;гния 0;3.0Ь .7 i (72) Автор изобретения

В. М. Овсянко (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ УЗЛА РАМЪ|

Устройство относится к аналоговой технике.

Известно устройство для моделирования изгибаемого стержня, содержащее резисторы и инверторы (1). Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования линейно упругого шарнирного узла рамы, содержащее блоки моделирования коэффициентов упругости узла, ключи, блок программного управления, источники тока, источники напряжения, удвоители напряжения и инверторы (2). Однако известные устройства моделируют только линейную величину .податливости упругого шарнирного узла. В действительности, особенно в железобетонных сборных рамах, величина податливости упругого узла рамы является переменной, нелинейной. При этом момент, действующий на узел, вначале растет, а затем падает до нуля.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. В предлагаемом устройстве это достигается тем, что в нем первый вход устройства через последовательно соединенные первый ключ и первый источник тока подключен к шине нулевого потенциала и через последовательно соединенные первый, второй и третий блоки моделирования коэффициентов упругости узла соединен со BTODbIM входом устройства, который через последовательно соединенные второй ключ и второй источник тока подключен к шине нулевого потенциала, первый вход устройства через последовательно соединенные первый удвоитель напряжения, первый инвертор и четвертый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу третьего ключа, выход которого соединен с первым входом устройства, второй вход устройства через последовательно соединенные второй удвоитель напряжения, второй инвертор и пятый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу четвертого ключа, выход которого соединен со вторым входом устройства, выход первого удвоителя напряжения через шестой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входом четвертого ключа, который через третий источник тока сое23 динен с шиной нулевого потенциала, выход второго удвоитсля напряжения через седьмой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входом третьего ключа, который через четвертый источник тока сое- 5 динен с шиной нулевого потенциала, выход первого инвертора подключен к первому входу блока программного управления, второй вход которого соединен с выходом второго удвоитсля напряжения, третий вход — через

33 источник напряжения соединен с шиной н561975 левого потенциала, а четвертый вход -- через последовательно соединенные пятый ключ и источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельно первому блоку моделирования коэффициентов улругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов упругости узла, причем управляющие входы лервого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока лрограммного управления, а управляющие входы третьего, четвертого и шетого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления.

На фиг. 1 показан нелинейно податливый шарнирный узел, соединяющий ригель рамы со стойками; на фиг. 2 — график реальной зависимости изгибающего момента .в узле от угла раскрытия нелинейно упругого шарнира; на фиг. 3 — схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит блоки моделирования коэффициентов упругости

1 — 7 узла, где блок 1 выполнен в виде проводимости g>, блок 2 — проводимости дг, блок 3 — проводимости дь блоки 4 и 5— проводимости 3g, блоки 6 и 7 — проводимости g; источники тока 8 — 11, где блоки 8 и 11 выполнены в виде источников тока 1ь а блоки 9 и 10 — источников тока I>, блок программного управления 12, к выходу которого подключено реле 13; удвоители напряжения

14 и 15 и инверторы 16 и 17, для которых coRo Ro ответственно =2, =1, где R — со1 противление орбатной связи удвоителей напряжения и инверторов, а R u RI — входные сопротивления соответственно удвоителей напряжения и инверторов; реле 18 — 20 блока программного управления 12; источники напряжения 21 и 22; ключи 23 — 28 реле 18; ключи 29 — 32 реле 20; ключи 33 — 35 реле 13; ключи 36 и 37 реле 19.

При моделировании реальной системы, содержащей нелинейно податливые узлы, объект моделирования разбивается на отдельные участки: стержни и упругие узлы (см. фиг. 1).

Для каждого отдельного участка объекта предназначено известное устройство для модели рования изгибаемого стержня. Модели отдельных участков соединяются по геометрической схеме моделируемой системы для реализации уравнений равновесия в узлах.

Узлы рамных каркасов (особенно из сборного железобетона) часто нельзя считать абсолютно жесткими. Реальные условия работы узла соответствуют наличию в узле некоторого упругого шарнирного соединения (см. фиг. 1), где а — угол раскрытия шарнира, — угол поворота стоек рамы, Π— угол поворота ригеля рамы. а =

На фиг. 2 .по казана экспериментально полученная зависимость изгибающего момента в узле от угла раскрытия шарнира. Действительная криволинейная диаграмма работы узла может быть аппроксимирована участками прямой, как это сделано на фиг. 2. Податливость узла при его работе на участке I определяется коэффициентом С> жесткости узла.

M м

С с (2) 10 M = Cr о.; на основании уравнения (1) М= С,(<-e), (3) где М вЂ” изгибающий момент в рассматриваемом сечении.

При работе узла на участке II его жесткость определяется коэффициентом Cn= tge.

Тогда момент М в узле равен

М = хСп + М„т. е. М = — Сп (у — H)+M, (4)

Для участка III (см. фиг. 2)

М=Мт — b, b=("т) tgy =("т) Сп1, <м — м,)

"т—

7 с

25 (5) тогда зо M,CÄ, + Ä+(мт м) п с м (c«+с„, — м,с„,)

= — Сп, (— e) -1с (6) Уравнения (3), (4) и (6) характеризуют различные условия работы улругого шарнира.

Предлагаемое устройство (см. фиг. 3) служит для моделирования этих уравнений. Устройство является переключаемым и имеет три фиксированных состояния.

Первое состояние, когда реле 18 и 20 не сработали, характеризуется следующими уравнениями электрического тока

IA = ЙФр — gP s 1  — — я,Ц + я дU8 (7) Состояние, определяемое уравнениями (7), имеет место тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входе блока программного управления 12 меньше, чем величина источника напряжения 21, равного 2Е .

Если это суммарное напряжение превосходит величину источника напряжения 21, то срабатывает реле 13, которое через ключ 33 выключает реле 18. Реле 18 через ключ 26 самоблокируется и через ключ 23 подключает к устройству блок моделирования коэффициентов упругости 2 и источники тока 8 и 11, а также через ключ 28 — источник напряжения 2, равный 2Е>, Тогда суммарное напряжение на первом и,втором входах блока программного управления 12 становится меньше, чем напряг5 жение (2Е +2Е ) и реле 13 отключается. Это

561975

И1ЛИ состояние определяет уравнения электрического тока у g1g2 U g1g2 U +

g1+g2 g +Д в= — У + U 1 (8)

««1 +Д2 Я1 + Яг

Первый раз реле 13 срабатывает кратковременно, включив на самоблокиповку реле

18, ключ 27 которого, включенный в цепь питания реле 19, подготавливает к включению реле 19. Реле 19 включается, после отключения реле 13, и ключом 36 самоблокируется.

Ключ в цепи питания реле 20 подготавливает реле 20 к срабатыванию при следующем, втором включении реле 13. Второе включение реле 13 происходит тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входах блока программного управления 12 ппевосходит величину, равнчю (2Е1+2Е2). При включении ключа 35 срабатывает реле 20, которое поопедством ключей 29, 30 и 31 вкллочает блоки моделирования коэффициентов упругости узла 4 — 7 и источники тока 9 и 10. Заменяя последовательно соединенные провочимости

g1, g2 и g2 блоков моделирования коэффициентов упругости 1 — 3 узла одной эквивалентной проводимостью g получаем

К! ага з (9)

g2g2 + К1ГЗ + К1К.

Тогда уравнения электрического тока имеют вид

1А = 5gU., — дУв- — Зд «2U, + g 2Уе + 1, + I„

Ia = — gU,, + 5gUq+lg2U," — Зд 2У .—" ... А: gU + gUe + Iг,+ 11«

1в — — Д Г, — gUe — I, — I, Из сравнения уравнений (3), (4), (7), (8), (9) и (10) видно, что они аналогичны, если считать, что А = 1М, g, = КС,, Ь = —;,М, У. (,Р, Уе —.1„6, с с

I,=(,=М„д,=К

c,— — с м(с+с ) — мс, . =1 M„ с (м,— м,) (с„+ сп,) (11)

= fl

«

c„, д=кс„„,=к с с, с — с где л11, у, К вЂ” масштабные коэфициенты то а, напряжениЙ и проводимостей.

З0

6

Таким образом, видно, что устройство (см, фиг. 3) содержит в себе полную информацию о трех состояниях упругого узла (см. фиг. 2, диаграммы участков 1 — III). Автоматический переход с участка I диаграммы на участок II и с участка II на участок III осуществляет блок программного управления 12, на входы которого подаются напряжения 2U. и 2U, разность которых (2U — 2U ) сравнивается с величиной источника напряжения 21, равного 2Еь или с суммой источников напряжения

21 и 22 (2Е,— 2Е„.). При этом

Е, = „. а„Е, = "„, (я.r — я,) (l2)

Предлагаемое устройство предназначено для моделирования сложной конструктивно нелинейной задачи строительной механики, когда заранее неизвестна рабочая расчетная схема сооружения. Если число нелинейно упругих узлов рамы равно и, то число вариантов расчетных схем сооружения равно 3".

Устройство позволяет автоматически для каждого узла находить тот участок диаграммы работы узла, который соответствует характеру его деформации, что расширяет ег функциональные возможности.

Формула изобретения

Устройство для моделирования узла рамы. содержащее блоки моделирования коэффициентов упругости узла, ключи, блок программного управления, источники тока, источник напряжения. удвоители напряжения и инверторы, отлп ч а ющс с с я тем, что, с цсль1о расшипсния функциональных возможностей устройства, в нсм первый вход устройства через последовательно соединенные первый ключ и первый источник тока подключен к шине нулевого потенциала и чсрез последовательно соединенные первый, второй и третий блоки моделирования коэфпциентов упругости узла соединен со вторым входом устройства, который через последовательно соединенные второй ключ и второй источник тока подключен к шине нулевого потенциала, первый вход устройства через последовательно соединенные первый удвоитель напряжения, первый инвертор и четвертый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу третьего ключа, выход которого соединен с первым входом устройства, второй вход устройства через последовательно соединенные второй удвоитель напряжения, второй инвертор и пятый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу четвертого ключа, выход которого соедпнеп со вторым входом устройства, выход первого удвоптеля напряжения через шестой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входом четвертого ключа, который через третий источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго удвоителя напэяжения через седьмой блок ждел|лрованпя коэффиц1лснтов упруго561975 сти узла соединен со входом третьего ключа, который через четвертый источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого инвертора,подключен к первому входу блока программного управления, второй вход которого соединен с выходом второго удвоителя напряжения, третий вход — через источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, а четвертый вход — через последовательно соединенные пятый ключ и источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельно первому блоку моделирования коэффициетов упругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов упругости узла, причем управляющие входы первого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока программного управления, а управляюпгие входы треть го, четвертого и шестого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления.

Источники информации, принятые во вни5 вне нри экспертизе

1. «Семинар-методы математического моделирования и теория электрических цепей».

О. Н. Токарева (доклад). «Электронное моделирование пространственных ортогональных

10 рам на сплошном упругом основании». Киев, Общество «Знание», 1964, с. 11.

2. Туровский Л. И. и 1Осупов Ф. Ш. Способ учета упругой деформативности узлов при расчете рамных систем методом электрическо15 го моделирования. В сб. «Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз». Уфа, Уфимский нефтяной институт, 1968, выпуск П, стр. б5.

561975 фиг. 1 фиг 2

Составитель И. Чичерюкина

Техред Л. Денискина

Корректор Е. Хмелева

Редактор Л. Тюрина

Заказ 1536/15 Изд. № 527 Тираж 815 Подписное

1 НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типотрафня, пр. Сапунова, 2