Узел для моделирования деформаций и колебаний строительных конструкций Советский патент 1984 года по МПК G06G7/68 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть использовано при создании специальных вычислительных устройств,

Многие современные строительные элементы и конструкции специальных сооружений, воспринимающих интенсивные вибрационные и импульсные нагрузки, при вынужденных и свободных колеб/зниях работают с поглощением знергии внешнего воздействия и приводятся к дискретной расчетной схеме, состоящей из сочетания реологических элементов невесо1 й 1Х сложнонапряженных стержней, работающих в упругопластической стадии, и точечных недеформируемых энергопоглощающих масс.

Известен узел для моделирования деформаций и колебаний строительных конструкций, построенный по второй системе электрических аналогий, содержащий источник тока, элемент моделирования упругого сопротивления опоры, выполненной в виде катушки индуктивности, .элемент моделирования сосредоточенной недеформируемой массы, выполненный в виде .конденсатора, первьй и второй выводы которого являются соответственно первым и вторым входами задания начальных условий узла и подключены соответственно к первому и второму выводам катуппси индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления опоры, выполненный в виде резистора, вьшоды которого подключены к выводам катушки индуктивности С

Однако указанный узел непригоден для моделирования деформаций и колебаний энергопоглощанмцих строительных конструкций, так как не содержит эквивалентов энергопоглощения и не обеспечивает взаимосвязи всех внутренних усилий. Кроме того, отсутствует возможность менять параметры модели, так как ее элементы имеют постоянные характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому является узел для моделирования, деформаций и колебаний строительных Конструкций, содержащий элемент моделирования упругого сопротивления опоры, выполненный в виде катушки переменной индуктивности, элемент моделирования сосредоточенной недеформируемой массы, выполненный в виде переменного конденсатора, первый и второй выводы которого являются соответственно первым и вторым входами задания начальных условий узла и подключены соответственно к первому и второму выводам катушки переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления опоры, выполненный в виде переменного резистора, подвижный контакт которого подключен ко второму выводу переменного конт денсатор.а,первый вывод которого соедине н с выводом переменного резистора и с источником переменного тока

Недостатком известного узла является непригодность для моделирования строительных конструкций, в которых энергопоглощающие лроцессы (вяз- кость, пластичность) оказывают существенное влияние на деформации и колебания,- так как прототип не имеет эквивалентов энергопоглощения.

Целью изобретения является повьшзение точности и расширение функциональных возможностей узла за счет учета энергопоглощаняцих процессов.

Поставленная цель достигается тем, что в узел для моделирования деформаций и колебаний строительных конструкций, содержащий первую катушку переменной индуктивности, элемент моделирования сосредоточенной недеформируемой массы, вьшолненньй в виде переменного конденсатора, первый и второй выводы которого являются соответственно первым и вт-орым входами задания начальных условий узла и подключены соответственно к первому и второму выводам первой катушки переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления опоры, вьшолненный в виде переменного резистора, подвижный контакт которого подключен ко второму выводу переменного конденсатора, первьй вывод которого соединен с выводом переменного резистора и с первым выводом источника переменного тока, введены элемент моделирования упругой деформации, выполненный в виде второй 1 атушки переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления, выполненный в виде переменного резистора, элемент моделирования пластической деформации, выполненный в виде третьей катушки переменной индуктивности, и два стабилизатора тока, причем второй вывод источника переменного тока является выходом сигнала упругой деформации узла и подключен к первому выводу второй катушки переменной индуктивности, второй вывод которой является выходом сигнала пластической деформа ции узла и соединен со входом и выхо дом соответственно первого и второго стабилизаторов тока, с первым выводом третьей катушки переменной индук тивности и с подвижным контактом переменного резистора .элемента, моделирования вязкого сопротивления, вывод которого подключен ко второму выводу третьей катушки переменной индуктивности, к выходу и входу соответствен но первого и второго стабилизаторов тока и второму выводу переменного конденсатора. На чертеже схематически представлено предлагаемое устройство, i Узел содержит катушку 1 переменной индуктивности, элемент моделирования упругой деформации, выполненны в виде катушки 2 переменной индуктивности, элемент модеггирования плас тической деформации, выполненный в виде катушки 3 переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления опоры, вьтолненньп1 в виде переменного резистора 4, элемен моделирования вязкого сопротивления, вьшолненный в виде переменного резис тора 5, элемент моделирования сосредоточенной недеформируемой массы, вы полненньй в виде переменного конденсатора 6, стабилизаторы 7 тока и источник 8 переменного тока. Узел работает следующим образом. При сложно-напряженном состоянии в сечениях стержня слева и справа от точечной недеформируемой массы действуют перерезывающие силы и, изгибающие моменты М и продольные силы N. Коммутация элементов четьфехполюс ника обеспечивает распределение токов и напряжений на полюсах адекватн зависимостям для перерезывающей силы б и скорости деформаций опоры V . I При работе модели с нагрузками Ktl DCT (где JCT ток стабилизации) сопротивление стабилизаторов 7 тока близко к нулю, катушка 3 индуктивности и резистор 5, характеризующие энергопоглощение за счет пластических деформаций, выключены из рабо ты. , Когда нагрузки достигают значи-.тельной величины D(i| З в работу 1 44 включаются стабилизаторы 7 тока. При этом сопротивление стабилизаторов тока возрастает, что ограничивает величину тока стабилизации до 3 , , и в работу включаются катушка 3 индуктивности и резистор 5, характеризующие энергопоглощение за счет пластических деформаций, а стабилизаторы 7 тока и редистор 5 в этом случае отражают релаксацию в модели. Электрическая модель предназначена для исследования работы конструкций при переходных режимах и полигармонических колебаниях, в связи с этим величины перерезьтаклцей силы fl в сечениях имеют знакопеременное значение, поэтому стабилизаторы тока включены попарно в противоположных направлениях. Для изменения параметров.модели катушки индуктивности резисторы, конденсатор, источник тока и стабилизаторы тока имеют возможность регулирования, поэтому, изменяя соотношения параметров указанных элементов схемы, можно реализовать в модели различные упругие и неупругие свой.ства моделируемой конструкции. Узел для моделирования деформаций. и колебаний строительных конструкций работает следующим образом. Определив величины параметров механической дискретной модели конструкции, путем масштабных преобразований находят величины их электрических аналогов и настраивают модель, устанавливая найденные величины переменных электрических эквивалентов. Затем включают электрическую нагрузку в виде источников переменного тока 3(t) , который изменяется по закону внешней нагрузки p(t) в соответствующем масштабе. Записав через осциллограф на фотоленту токи и напряжения в цепях электрической модели . эквивалентов интересующих узлов и сечений исследуемой конструкции, путем масштабных преобразований находят требуемые механические параметры (усилия, перемещения и др.). При использовании базового объекта (прототипа) расчет деформаций и колебаний энергопоглощающих конструкций может выполняться только с помощью высокопроизводительных ЭЦВМ, что требует больших затрат материальных и энергетических ресурсов.

Изобретение позволяет решить указанные задачи наиболее экономично. Так, например, расчет кольцевой энергопоглощающей конструкции сводится к замене в специализированном аналоговом устройстве для моделирования кольцевой .строительной конструкции узла для моделирования нагружаемых опертых масс на предлагаемый узел. Дальнейший расчет заключается в определении величин электрических аналогов соответствующих механических параметров конструкции и последующей настройке модели.

Таким образом, применение предлагаемого узла повышает точность и расширяет класс решаемых задач, позволяет выполнять расчет энергопоглощагащих конструкций наиболее экономичным образом.

УЗЕЛ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И КОЛЕБАНИЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ, содержащий первую катушку переменной индуктивности, элемент моделирования сосредоточенной недеформируемой массы, выполненный в виде переменного конденсатора, первый и второй выводы которого.являются соответственно первым и вторым входами задания начальных условий узла и подключены соответственно к первому и второму выводам первой катушки переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления опоры, вьшолненный в йиде переменного резистора, подвижный контакт которого подключен к второму выводу переменного конденсатора, первый вывод которого соединен с выводом переменного резистора и с первым выводом источника переменного тока, о т л и ч А ю щ и и с я тем, что, с целью повьш1ения точности и расширения функциональных ; возможностей за счет учета энергопоглоцаюг 1их процессов, в него введены элемент моделирования упругой деформации, выполненный в виде второй катушки переменной индуктивности, элемент моделирования вязкого сопротивления, вьшолненный в виде переменного резистора, элемент моделирования пластической деформа- 1ЩИ, вьтолненный в эиде третьей катушки переменной индуктивности, и два стабилизатора TOKai причем второй вьшод источника пере менного тока является выходом г 1(л сигнала упругой деформации узла и подключен к первому вьшоду второй катушки .переменной индуктивности, второй вывод которой является выходом сигнала пластической деформации узла и соединен с входом и выходом соответственно первого и второго стабилизаторов тока, с первым вьтодом третьей катушки переменной инto дуктивности и с подвижным контактом 4; переменного резистора элемента моде-г СО лирования вязкого сопротивления, 4 вывод которого подключен к второму выводу третьей катупнси переменной индуктивности, к выходу и входу соответственно первого и второго стабилизаторов тока и второму вьгаоду теременного конденсатора.