Устройство для моделирования изгибных колебаний стержней Советский патент 1991 года по МПК G06G7/68 

Изобретение 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. № 1105911.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства, на фиг. 2 - функциональная схема блока моделирования дискретной изгибной 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 моделирования 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, следоО х|

О

.-д

ю

w

вательно, число элементов-аналогов. Причем элементы-аналоги, представляющие из себя восьмиполюсники, соединяются так, что полюса П 1, П 8 соединяются последовательно, образуя в устройстве шину переме- щений YI, на которой замеряются напряжения - аналоги амплитуды поперечного перемещения (прогиба) I участка стержня.

Аналогично последовательно соединя- ются полюса П 2 и П 7, образуя шину углов поворота (ft, полюса П 3 и П б, образуя шину моментов MI, полюса П 4 и П 5, образуя шину перерезывающих сил QI, В начале и в конце устройства включаются блок 3 задания на- чальных условий и блок 4 задания граничных условий, которые позволяют задавать на каждый из перечисленных шин определенные напряжения-аналоги граничным и начальным условным в моделируемой рас- четной схеме. В каждом блоке 1 моделирования дискретных масс входное напряжение в виде разности напряжений между полюсами П 4 и П 5 подается на дифференциальный усилитель с коэффици- ентом передачи, пропорциональным величине 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 жестко- сти от его выхода (шипа П 4, П 5) к входу (шина YI, полюса П 1, П 8). Таких соединений в устройстве имеется столько, сколько дискретных масс и жесткостей в расчетной схеме моделируемого стержня.

Блок 3 начальных условий и блок 4 граничных условий представляют из себя набор переключателей (не показан), соединяющих каждую из четырех шин YI, f, М, QI либо с нулевой шиной, либо с источником налряжения-аналогом физической величины по этой шине. Это напряжение (нулевое или нет) характеризует начальные и граничные условия, аналогичные для конкретного случая заделки моде- лируемой балки.

Устройство работает следующим образом.

В одну из точек шины перемещений YI блока 2 (фактически это один из полюсов П 1, П 8 блока 2) включают генератор переменного напряжения-аналог источника поперечных колебаний балки (вибратора). В

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 б 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 б 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 усилителей 7 и 13. Напряжение с выхода усилителя 7 вызывает появление напряжения на выходе усилителя 8 и служит причиной появления 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 (Yi, р, MI, QI) по 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 за 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, втррая и т.д.). Затем с помощью масштабных коэффициентов переводят эти напряжения в соответствующие механические величины.

Формула изобретения Устройство для моделирования из- гибных колебаний стержней по авт. ев, № 1105911,отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в каждый блок моделирования дискретных изгибныхжесткостей 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 неин- вертирующим входом третьего дифференциального усилителя.

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-демпфи- рующих 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

/

Й/г./