Устройство для моделирования механических характеристик твердого тела Советский патент 1992 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в составе аналоговых вычислительных машин при исследовании динамики механических систем с учэтом механических характеристик их твердых тел в виде зависимостей между усилиями сопротивления этих тел воздействующим нагрузкам, вызываемыми ими деформациями и их изменениями во времени, например, с учетом кривых ползучести деформации при постоянных напряжениях ь режимах мягкого нагружения, кривых релаксации напряжения при постоянной деформации в режимах жесткого нагружения, диаграмм деформирования при растяжении и сжатии в режимах мягкого, жесткого и промежуточного нагру- жений как при постоянных, так и при одновременно переменных нагрузках и деформациях, с воспроизведением колебаний в процессе нагружения, особенно стадии ускоренной ползучести деформации, участка диаграммы деформирования за пределом прочности при растяжении, запаздывания деформацией напряжений при ударном нагружении моделируемого твердого тела.

Известно устройство для моделирования диаграммы циклического деформирования, содержащее сумматор, два интегратора, блок умножения и блок выделения модуля, которое может быть использовано для воспроизведения механических характеристик в виде диаграмм деформирования не вполне упругих твердых тел.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для моделирования И Этли гистерезиса, содержащее первый сумматор, первый и второй интеграторы, первый и второй блоки умножения и блок выделения модуля, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, выход первого сумматора соединен с входом первого интегратора, выход второго интегратора подключен к первому входу второго блока умножения

Недостатком известных устройств является то, что они не воспроизводят кривых

ч

СП

ел со

о

hO

ползучести деформации и релаксации напряжения во всевозможных режимах нагру- жения как при постоянных, так и при одновременно переменных нагрузках и деформациях, особенно ускоренной ползуче- сти деформации, участка диаграммы деформирования за пределами прочности при растяжении, запаздывания деформаций и напряжений при ударном нагружении моделируемого твердого тела. Это снижает точность моделирования,

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для моделирования мёханиче- ских характеристик твердого тела, содержащее первый и второй интеграторы, первый и второй блоки умножения и блок выделения модуля, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, выход сумматора соединен с входом первого интегратора, выход второго интегратора подключен к первому входу второго блока умножения, введены второй, третий и четвертый сумматоры, интегросумматор и три инвертора, причем выход интегросуммато- ра является выходом истинного напряжения материала твердого тела устройства и подключен к второму входу второго блока умножения, первому входу интегросумма- тора и входу первого инвертора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход которого является выходом усилия упругофрик ционного сопротивления деформированию устройства и подключен к первому входу первого сумматора, выход которого через второй инвертор соединен с вторым входом интегросумматора, выход второго сумматора подключен к второму входу первого бло- ка умножения, выход которого соединен с третьим входом интегросумматора, четвертый вход которого подключен к выходу третьего инвертора, выход первого интегратора соединен с пятым входом интегросум- матора, с входом блока выделения модуля и с входом второго интегратора, выход которого подключен к входу третьего инвертора, второму входу второго сумматора и является выходом относительной деформации ус- тройства, выход второго блока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход третьего инвертора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого является выходом усилия нагруз- ки твердого тела устройства и соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход четвертого сумматора является входом задания параметра нагружения твердого тела устройства.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый-четвер- тый сумматоры 1-4, первый-третий инверторы 5-7. первый 8 и второй 9 интеграторы, интегросумматор 10, первый 11 и второй 12 блоки умножения и блок 13 выделения модуля. Каждый из блоков выделения модуля может быть выполнен, например, на сумматоре, инверторе и двух диодах.

Устройство имеет информационный вход по сигналу параметра нагружения твердого тела Е (t), первый выход по сигналу относительной деформации Ј(t), второй выход по сигналу усилия нагрузки твердого тела P(t), третий выход по сигналу истинного напряжения материала твердого тела сги (t) и четвертый выход по сигналу усилия упру- гофрикционного сопротивления деформированию T(t) со стороны твердого тела.

В процессе моделирования сигнал с входа устройства, соответствующий параметру погружения Е t), поступает на второй вход с коэффициентом передачи (Си четвертого сумматора 4, на первый вход с коэффициентом передачи К41 которого подают сигнал с выхода третьего инвертора. С выхода четвертого сумматора, являющегося вторым выходом устройства, сигнал усилия нагрузки P(t) поступает на второй вход с коэффициентом передачи Ki2 первого сумматора 1, на первый вход с коэффициентом передачи Кц которого подают сигнал с выхода третьего сумматора 3, являющегося четвертым выходом устройства по сигналу усилия упругофрикционного сопротивления деформацию T(t). При коэффициентах Кц и Ki2, обратно пропорциональных полумассе деформируемого твердого тела, на выходе первого сумматора 1 получают сигнал ускорения относительной деформации e (t), который подают на вход первого интегратора 8 и через второй инвертор 6 на второй вход с коэффициентом передачи Кю2 интегросумматора 10. С выхода первого интегратора 8 сигнал скорости деформации e(t) поступает на пятый вход с коэффициентом передачи Кюв интегросумматора 10. С выхода последнего, являющегося третьим выходом устройства, сигнал истинного напряжения материала cru (t) подают на его же первый вход с коэффициентом передачи Кю1, второй вход второго блока умножения 12 и через первый инвертор 5 на первый вход с коэффициентом передачи Кзт третьего сумматора 3 и первый вход с коэффициентом передачи K2i второго сумматора 2, Сигнал разности Кг2 Ј (t) - К21 cru (t) с выхода этого сумматора поступает на второй вход

первого блока умножения 11, на первый вход которого подают сигнал модуля скорости относительной деформации le(t)|. С выхода этого блока умножения сигнал поступает на третий вход с коэффициентом передачи Кюз интегросумматора 10, а с выхода второго блока умножения 12 сигнал подают на второй вход с коэффициентом передачи Кз2 третьего сумматора 3, При Кз1 и Кз2, пропорциональных площади исходно- го поперечного сечения образца твердого тела, на выходе последнего сумматора получают сигнал усилия упругофрикционного сопротивления деформированию T(t). Одновременно с выхода первого интегратора 8 сигнала Ј(t) подают на вход блока 13 выделения модуля, на выходе которого вырабатывается сигнал IE (t)| , и вход второго интегратора 9, с выхода которого, служащего первым выходом устройства, сигнал от- носительной деформации е (t) подают на второй вход с коэффициентом передачи Каг второго сумматора 2, первый вход второго блока умножения 12 и вход третьего инвертора 7, с выхода которого сигнал поступает на четвертый вход с коэффициентом передачи Кю4 интегросумматора 10.

В результате устройство воспроизводит механические характеристики твердого тела с учетом предыстории его нагружений, описываемые следующей системой интег- родифференциальных уравнений:

P(t) К42 E(t) - К41 К (t), e(t) Kl2P(t) ,. f(t) /Ј(t)dt, Ј(t) /Ј(t)dt;

T(t) Кз1 cru (t) - Кз2 Ј (t) au (t);

7u (t) / {КЮ2 F (t) + K105 Ј (t) + K104 Ј (t) + + Ј (t) - «21 CTU (t) I Ј (t) I -KICK CTJU (t)}dt,

где KIJ - коэффициенты передачи операционных блоков I по их соответствующим входам J, характеризующие форму воспроизводимых петель гистерезиса диаграмм циклического нагружения и кривых ползучести деформации и релаксации напряжений. В случае , когда P(t) K42 E(t), воспроизводимые устройством механические характеристики соответствуют режиму мягкого нагружения, при P(t) « К41 eft)5 К42 E(t) - режиму практически жесткого

нагружеиия, а в промежуточных случаях - режиму промежуточного (между мягким и жестким режимами) нагружения твердого тела.

Формула изобретения Устройство для моделирования механических характеристик твердого тела, содержащее первый сумматор, первый и второй интеграторы, первый и второй блоки умножения и блок выделения модуля, выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, выход первого сумматора соединен с входом первого интегратора, выход второго интегратора подключен к первому входу второго блока умножения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, в него введены второй, третий и четвертый сумматоры, интегросум матбрГи три инвертора, причем выход интегросумматора является выходом истинного напряжения материала твердого тела устройства и подключен к второму входу второго блока умножения, первому входу интегросумматора и входе первого инвертора, выход которого соединен с первыми входами второго и третьего сумматоров, выход которого является выходом усилия упругофрикционного сопротивления деформированию устройства и подключен к первому входу первого сумматора, выход которого через второй инвертор соединен с вторым входом интегросумматора, выход второго сумматора подключен к второму входу первого блока умножения, выход которого соединен с третьим входом интегросумматора, четвертый вход которо- гб подключен к выходу третьего инвертора, выход первого интегратора соединен с пятым входом интегросумматора, с входом блока выделения модуля и с входом второго интегратора, выход которого подключен к входу третьего инвертора, второму входу второго сумматора и является выходом относительной деформации устройства, выход второго блока умножения соединен с вторым входом третьего сумматора, выход третьего инвертора подключен к первому входу четвертого сумматора, выход которого является выходом усилия нагрузки твердого тела устройства и соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход четвертого сумматора является входом задания параметра нагружения твердого тела устройства.

U

Изобретение относится к вычислитель ной технике и предназначено для исследования динамики механических систем с учетом механических характеристик их твердых тел, Цель изобретения - повышение точности моделирования. Для достижения поставленной цели в устройствб дополнительно введены три сумматора, интегросум- матор и три инвертора, Механические характеристики, воспроизводимые устройством, соответствуют режиму мягкого нагруже- ния, практически жесткого нагружения и режиму промежуточного (между мягким и жестким режимами) нагружения моделируемого твердого тела. 1 ил.