Устройство для моделирования разрушения хрупкой среды

 

7/48 681.333 .8}

А В Шестопалов

"" ((ц(1 ",. ",,1 ПЯ Яир. хехние -и

Институт проблем комплексного освоен я недо, )H CCC(l

° Ьл, щц;.: (72) Автор изобретения (7l) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

РАЗРУШЕНИЯ ХРУПКОЙ СРЕДЫ

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования процесса разрушения хрупкой среды.

Известен сеточный интегратор для решения нелинейных задач, содержащий

RC-сетку, емкостный элемент, генератор напряжения, последовательно соединенные триггер Шмитта и ключевой элемент, первый и второй выходы которого непосредственно и через емкостный элемент параллельно подключены к емкостному элементу RC-сетки, диодный ключ, выход которого соединен с входом емкостного элемента, и эмиттерный повторитель, подключенный входом к первому выходу ключевого элемента, а выход эмиттерного повторителя соединен с первым входом триггера Шмитта и входом диодного ключа, причем вто- щ рой вход триггера Шмитта подключен к е выходу генератора напряжения f 1 ).

Недостатком такого сеточного интегратора является невозможность опреде-. ления составляющих процесса разрушения хрупкой среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для решения дифференциальных уравнений, содержащие RC-сетку, состоящую из решающих резисторов и узловых элементов, граничные узлы RC-сетки и входы установки начальных значений всех узловых элементов подключены к соответствующим выходам блока задания граничных и начальных условий, в каждом узловом элементе первая обкладка решающего конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка решающего конденсатора подключена к соответствующим решающим резисторам

RC-сетки 2 ).

Описанные устройства позволяют применять электрические модели с непрерывным процессом решения на основе RCсетки для решения определенных нелинейных задач. Однако их недостатком является отсутствие возможности нели9725 каь;

В1п V л=

1-8М 9 ейного управления резисторами модели ,рующей среды в функции изменения патенциалов в узлах RC-сетки, например при моделировании формирования зоны разгрузки в призабойной части угольно-З го пласта, а также внезапного выброса угля, породы и газа в горную выработку, т. е. невозможность определения составляющих процесса разрушения хрупкой среды. р

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем RC-сетку, состоящую из решающих резисторов и уз- ловых элементов, граничные узлы RCсетки и входы установки начальных значений всех узловых элементов подключены к соответствующим выходам блока задания граничных и начальных условий, р каждый узловой элемент содержит решающий конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, в каждый узловой элемент введены шунтирующие резисторы, схема 2S сравнения и два ключа, первый иэ ко-. торых подключен параллельно решающему конденсатору, первый вход схемы сравнения и вторая обкладка решающего конденсатора через замыкающий кон" Зр денсатор второго ключа подключены к входу установки начального значения устройства, выход схемы сравнения соединен с обмоткой реле, параллельно размыкающим контактам которого подключены шунтирующие резисторы, одни выводы которых соединены с соответствующими решающими резисторами RC-сетки, другие выводы подключены к второй обкладке решающего конденсатора, вто- р рой вход схемы сравнения соединен с входом задания напряжения сравнения блока задания граничных и начальных условий.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для моделирования разрушения хрупкой среды; на фиг. 2 - функциональная схема одного узлового элемента.

Устройство содержит резисторы 1, узловые элементы 2, и блок 3 задания граничных и начальных условий. Узловой элемент 2 состоит из размыкающих контактов 4, электромагнитного реле 5, ключей 6 и 7, схемы сравнения 8, шун" тирующих резисторов 9 и решающего конденсатора 10.

26 4

Устройство моделирует процесс разрушения хрупкой среды, которыЙ описывается следующими уравнениями. уравнение равновесия аа„а" „ „ ,— ч- — + оg=p дХ дЧ зк д6„

3Х- ду ++P Y=-О где 4„, 6„,7ь„„, Т „- компоненты тензора напряжений; р - плотность

ХЧ - проекции объемЪ ных сил.

Уравнений деформирования с учетом ползучести

t б„=л&+2, e„- (v(t, )в()+Zv(e,с)

to

""á„(С1) а -;

1 *,- м (ч жм е„в)*

t х - "Х "(, ) y»(i)a, to где Я, Я, х - компоненты тензора деформаций; = х+ ч"(4, ),4 (gt)- коэффициенты релаксации;

Л,,0, - параметры Ламе;

Ч вЂ” параметр интегрирования; время; время начала отсче0 та.

Уравнения механического состояния запредельного деформирования

6,1=(2 Л+ 1)б + б, Е "

Э ) 3 где ф, 6 - поперечная и продольная (Ф компоненты тензора напряжений;

Е„, Е " поперечная и продольная компоненты тенэора деформаций

Ч - угол внутреннего трения;

972526 (5 - коэффициент поперечной деформации для области запредельного состояния;

6 „, — предел прочности на одноосное сжатие; 5

Ф

Š— деформационная характе" ристика на запредельном участке.

Устройство работает следующим образом. 10

При помощи блока 3 задаются началь-. ,ные и граничные условия, причем напряжения сравнения U на схемах сравнения

8 должны быть меньше, чем напряжение питания модели. Замкнув ключи 7, осущест- 1S вляют полную зарядку всех узловых емкостей, что приводит к срабатыванию всех схем сравнения 8 и электромагнитных реле 5, контакты 4 размыкаются.

Решение задачи начинается с момента 2О одновременного размыкания ключей 7 и шунтирования в определенном узле конденсатора 10 ключом 6, через который будет происходить разряд RC-сетки.

При уменьшении потенциала в заданном 2S узле до значения меньшего напряжения сравнения 0 на схеме сравнения 8, последний возвращается в исходное положение и при помощи электромагнитного реле 5 шунтирует принадлежащие данно- щ му узловому элементу резисторы 9. Это в свою очередь ускорит разряд конденсаторов 10 и возвращение схем сравнений 8 в исходное положение в близле%. жащих узлах и т. д. Так как в плечах остаются не зашунтированными резисторы 1, и RC-сетка может постоянно подпитываться от блока 3, то процесс носит затухающий характер и будет продолжаться до тех пор, пока не достиг- «> нет узлов RC-сетки, в которых минимально возможный, в результате разрядки, потенциал будет больше, чем напряжение сравнения U, поданное на схемы сравнения. 45

При этом устройство непрерывно моделирует процесс деформирования,под действием внешних сил хрупкой среды в сторону обнаженной поверхности с учетом ползучести, а также ее разрушение.

Эффективность и новизна изобретения, по сравнению с известными устройствами, заключаются в том, что оно позволяет с большей точностью и меньшими затратами исследовать нелинейный

SS процесс разрушения хрупкои rðåäû под действием внешних сил, скорость его распространения, влияние внешних и ,внутренних факторов и др., что применительно к горному делу, выполнить инструментальными методами исследования бывает или очень трудно или вообще невозможно. Автоматическое управление параметрами моделирующей среды в функции изменения потенциалов в узЛах RCсетки позволяет изучать на моделях процесс развития внезапного выброса угля, породы и газа, исследовать влияние горно-геологических условий на размеры и форму полости и др., что не" обходимо для успешного решения проблемы борьбы с газодинамичес.,ими явлениями. формула изобретения

Устройство для моделирования разрушения хрупкой среды, содержащее RCсетку, состоящую из решающих резисторов и узловых элементов, граничные узлы RC- сетки и входы установки началь ных значений всех узловых элементов подключены к соответствующим выходам

5лока задания граничных и начальных условий, каждый узловой элемент содержит решающий конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной ну" левого потенциала, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности, в каждый узловой элемент введены шунтирующие резисторы, схема сравнения и два ключа, первый из которых подключен параллельно решающему конденсато-, ру, первый вход схемы сравнения и вторая обкладка решающего конденсатора через замыкающий контакт второго клю" ча подключены к входу установки начапьного значения устройства, выход схе" мы сравнения соединен с обмоткой реле, параллельно раэмыкающим контактам которого подключены шунтирующие резисторы, одни выводы которых соединены

:с соответствующими решающими резисто рами, другие выводы подключены к второй обкладке решающего конденсатора, второй вход схемы сравнения соединен с выходом задания напряжения сравнения блока задания граничных и начальных условий.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

H 481043, кл. G 06 G 7/46, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

tf 276532, кл. G 06 G 7/46, 1968 (прототип).

972526

Рие 2

Редактор Р. Цицика

Тираж 731 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8519/42

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4

/

/ (—

I

1 !

I !

1 ! б

Составитель А. Яицков

Техред Е. Харитончик Корректор Н. Буряк