Устройство для моделирования изгибаемого стержня

 

11. 11О-Та. бивлиОтаиФ

«»674050

Союз Советскмк

Соцмалмстичеосмк

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТЮЛЬСТВМ (61) Дополнительное к авт. свил.ву— (22) ЗаявлЕио 26. 04. 77(21) 2482021/18-24

2 (51) М. Кл

G 06 G 7/68 с присоединением заявки №вЂ”

Геаудератавивб каватат

СССР аа делам азааратее» в еткрыткй (23) Приоритет (53) ДК 681.333 (088.8) Опубликовано 15.07.79. бюллетень №26

Иата опубликования описания 15.07.79 (72) Автор изобретения

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

ИЗГИБАЕМОГО СТЕР>КНЯ

Йредлагаемое устройство относится к области аналоговой вычислительной техники и предназначено для исследования нелинейных рамных систем методом электромоделироваиия.

Известны электромоделирующие установки, предназначенные для расчета систем, содержащих изгибаемые стержни Щ.

Недостатками известных устройств являются необходимость многоциклового ручного уравновешивания модели, а также узость функциональныхх воэможностей.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для моделирования изгибаемого стержня, содержащее резисторную сетку, инверторы напряжения, сумматор и источники тока (2).

Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не может решать нелинейных задач, в том числе и задачи моделирования изгибаемого стержня с пластическими шарнирами.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем моделирования пластических шарниров.

Для достижения цели в устройство дополнительно введены два поляризованных реле, одни обмотки которых соединены соответственно с источниками опорного тока, два реле управления, обмотки которых соединены с источником питающего напряжения и источники тока, причем к первому узлу резисторной сетки подключены одними выводами первый, второй и третий резисторы, которые другими выводами соответственно подключены к второму, третьему и четвертому узлам резисторной сетки, ко второму узлу резисторной сетки подключены одними выводами четвертый и пятый резисторы, которые другими выводами подключены соответственно к пятому и шестому узлам резисторной сетки, а шестой узел резисторной сетки связан с одними выводами шестого и седьмого резисторов, другие выводы которых соответственно подключены к третьему и четвертому узлам резисторной сетки, и третий узел резисторной сетки связан с четвертым узлом резисторной сетки через последовательно соединенные восьмой и девятый резисторы, к перво. му, нятому и шестому узлам резисторной сет674050

10!

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство содержит узлы резисторной сетки 1 — 6, резисторы 7 — 15 для моделирования .жесткостных характеристик стержня, инвертор

l6, сумматор 17, поляризованные реле 18 и 19, "= йсточййМи тока для моделирования внешней нагрузки 20, 21, 22, источники опорного тока 23 и 24 для моделирования разности пластическо- 30 го момента и момента от внешенй нагрузки, источнйки тока моделирования пластических моментов 25 — 28, замыкающие контакты 29 и 30 . поляризованных реле 18 и 19, реле управления пластическими шарнирами 31 и 32, содержащие контакты 33 и 35 (реле 31) и контакты 34 и

36 (реле 32), источник питающегонапряжения 37, г <ц оая

ЗА Ы-25

Уравнения, определяющие иэгибаемый прямолинейный стержень длиной i. постоянного сече- 4О ния с погонной жесткостью i, концы которого

"повернулись на углы у и рв, а стержень получил перекос Ф, запишем в виде (3) îsg О„ и -go

Я ЗАД +35/ Токи 3,, Эт равны

3 = эйд(0 +О,50 -Ц„), (c)

:) =ы (о,5uA+u-о ), где Зап — проводимость обмотки йоляризованного реле.

$Q

Если изгибающий момент в начале или в конце стрежйя достигает значения Мд„„или M „„, " то, исход1ГКз эквйвалентности токов и моментов, ток J или J необходимо сделать постоянным и равным источникам тока 25, 26, 27, 28.

55 д„, у1 "4ал вол=71 Мвпл °

Объем сигнапйзируют поляризованные реле

18 или 19, по вторым обмоткам которых протекают токи,"определяемые источниками опорного тока 23, 24..

"ic% КбдИтййены одними выводами соответствен йо "трй "йсточника тока, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, к пятому узлу резисторной сетки подключен вход ийвертора; выход которого связан с точкой последовательного соединения восьмого и девя " того резисторов и подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к первому узлу резисторной сетки, третий вход "сумматора соединен с шестым узлом резисторной" сетки, а выход сумматора соединен со вто--- - -- -рым узлом резисторной сетки, причем первый и шестой узлы резисторной сетки соединены соответственно с размыкаюшими контактами первого и второго реле управления, замыкав1цие контакты которых подключены соответственно к первому и второму дополнительным источникам тока, третий и четвертый узлы резисторной сетки соответственно подключены к другим обмоткам первого и второго поляризованных реле.

1"1А= 17A TÂ 9i ° 3,5У -Йд, (>)

H> 2i ТА 4,-ч1- т.з Ч" 11в °

QA - — + — y --- 1,5 1 + Яд И 61 8х

А g В

Э

Здесь Мл, Мв, Од — концевые изгибаюшие моменты и тюперечная сила; Мд, М „QA — та же для стержня с защемленными концами от внешней среды.

Запишем еще два дополнительных уравнения для моментов м„-м — 1Т+о5V-(Sy)

3,{ 3 (+2,5 З 1- Зл+25 (a) М -М 9i (o,51 V- i ), Я 3 (+2,5 34 3o(+2,5 — (11 5- ) — (9,5- - — ) где a — число, характеризующее значение проводимости данного экземпляра поляризованного реле.

Если изгибающий момент в начале М в или в конце стержня Мр достигнет значения пластического момента Мд„„или МВ„л, то,на основании теории. расчета упруго-пластических систем, будем считать, что момент на конце стержня бу-, pei равен поСтбянной величине Мд пл или Мвпл., При электрическом моделировании стержня с учетом появления пластических шарниров то. ки Эд и 7< в начале схемы и в конце ее являются аналогами изгибающих моментов Мр, и

Мв. В связи с тем, что следить за токами Эд и 3в с помощью какого;либо устройства, не внося искажения в схему, сложно, продублируем эти токи, умножив их на коэффициент в виде токов J, и Э „протекающих в других ветвях, где их можно контролировать при помощи поляризованных реле.

Исходя из условия, что сумма токов в узлах

3 и 4 равна нулям; определим потенциалы этих узлов, 11„0,5 и -g ОР

/gal +2,5g

674050

ro

25

35

50

Устройство работает следун>шим образом .

При электромоделировании рамной системы на каждый конечный элемент изгибаемого стержня предназначается устройство, показанное на чертеже.

Эти устройства соединяются между собой по геометрической схеме моделируеМой рамы с целью реализации уравнений равновесия сумм моментов в узлах и сумм поперечных сил по перерезыва- юшим раму сечениям. После набора проводимостей, установки всех необходимых источников тока получаем автоматически и практически мгновенно одно из четырех состояний изгибаемого стержня:

1, Моменты М и Мв не достигли значений

Мд„„и Ма»-реле 18, 19 и работающие вместе с ними реле 31, 32 отключены.

2. Момент MA достиг значения MA» — ток

Э> превысил значение тока Эа„„, определимого . источником тока 23, сработало чувствительное поляризованное реле 18, которое своим контактом 29 включило реле 31; реле 31 контактами

35 самозаблокировалось и при поМощи контактов 33 подсоединило к узлу 1 источник тока

25, а к ветви с током 3р источник тока 26, равные по величине «J„e„; при дальнейшем уве. личении нагрузки на рассчитываемую раму значение тока Эд источника будет оставаться постоянным и равным J»

3. Момент М а достиг значения Mrrr»> — ток

Э, превысил значение источника тока 30 (Jgr>r> )— система работает аналогично второму состоянию стержня: сработали реле 19 и 32, включились источники тока 27 и 28, 4, Моменты Ма и Мв достигли значений

МА» и Мвд„— сработали все реле устройства, что имитирует . образование по концам стержня шарниров, к которым приложены постоянные изгибающие моменты М»п< и Мв», эти момен,ты приложены в виде источников тока 25 и 27 как к самому изгибаемому стержню, так и в виде источников тока 26 и 28 к оставшейся части моделируемой рамы.

Заданной нагрузке, действующей на раму, соответствует только одно из этих четырех состояний стержня. Ни один из аналитических методов не позволяет мгновенно определить, какое.из этих четырех состояний стержня будет соответствовать заданной нагрузке.

Таким образом выполнение устройства в соответствии с изобретением позволяет решить поставленную сложную нелинейную задачу практически мгновенно: на модели отрабатывается рабочая расчетная схема сооружения и все силовые и деформационные факторы, соответствующие заданной нагрузке. При расчете на другую нагрузку необходимо изменить только величины источников тока 20, 21, 22, что выполняется очень быстро, и опять-таки мгновенно получаем

6 новую рабочук> расчетную схему и новые усилия и деформации.

Формула изобретения

Устройство для моделирования изгибаемого стержня, содержащее резисторную сетку, инвертор, сумматор и источники тока, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональ\ ных возможностей за счет учета пластичных шарниров, в него дополнительно введены два поляризованных реле, одни обмотки которых соединены соответственно с источниками опорного тока, два реле управления, обмотки которых соединены с источником питающего напряжения, и дополнительные источники тока, причем к первому узлу резисторной сетки подклняеныодними выводами первый, второй и третий резисторы, которые другими выводами соответственно подключены к второму, третьему и четвертому

20 узлам резисторной сетки, ко второму узлу резисторной сетки подключены одними выводами четвертый и пятый резисторы, которые другими выводами подключены соответственно к пятому и шестому узлам резисторной сетки, а шестой узел резисторной сетки связан с одними выводами шестого и седьмого резисторов, другие выводы которых соответственно подключены I< третьему и четвертому узлам резисторной сетки, и третий узел резисторной сетки связан с четвертым узлом резисторной сетки через последовательно соединенные восьмой и девятый резисторы, к первому, пятому и шестому узлам резисторной сетки подключены одними вь>вода ми соответственно три источника тока, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, к пятому узлу резисторной сетки подключен вход инвертора, выход которого связан с точкой последовательного соединения восьмого и девятого резисторов и подключен к первому входу сумматора, второй вход которого подключен к первому узлу резисторной сетки, третий вход сумматора соединен с шестым узлом резисторной сетки, а выход сумматора соединен со вторым узлом резисторной сетки, причем первый и шестой узлы резисторной сетки соединены соответственно с размыкаюшими контактами первого и второго реле управления,замыкающие контакты которых подключены соответственно к первому и второму дополнительным источникам тока, третий и четвертый узлы резисторной сетки соответственно подключены к другим обмоткам первого и второго полярйзованных реле.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

: 1. Пухов Г. Е. и др.. Электрическое моделироваже задач строительной механики. Киев, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР Х 397939, кл.,G 06 G 7/68, 1973.

674050

Составитель И. Лебедев

Техред М. Келемеш Корректор H. Степ

Редактор С. РавваФилиал ППП "Патент", г . Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 4081/47 Тираж 779 Подписное

ЦНИИПИ Государственною комитета СССР по делам изобретений и открытий

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