УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЯЗКО-УПРУГО-ПЛАСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ Советский патент 1968 года по МПК G06G3/10 

Известны устройства для моделирования вязко-упруго-пластической среды, содержащие две нелинейные последовательно соединенные пружины и элементы сухого и вязкого трения.

Предложенное устройство отличается тем, что содержит мультипликатор и катаракт, причем мультипликатор подключен через элемент сухого трения к нелинейной пружине, моделирующей пластические деформации, параллельно которой включен катаракт с подпружиненным корпусом.

Это расширяет диапазон запоминания и позволяет моделировать явления релаксации в области пластических деформаций.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Оно состоит из двух последовательно соединенных нелинейных пружин 1 и 2, двух демпферов-элементов 3 и 4 вязкого трения, элемента 5 сухого трения с мультипликатором 6 перемещений и катаракта 7. Пружина 1 совместно с демпфером 3 моделирует свойства среды при упругих деформациях. В области пластических деформаций свойства среды моделируются цепочкой последовательно соединенных пружины 2 и элемента 5 сухого трения, параллельно которой включены элемент 4 вязкого трения, мультипликатор 6 и катаракт 7 с подпружиненным корпусом.

Через мультипликтор 6 усиление трения приводится к направлению деформирования модели. Включение мультипликатора в цепь передачи трения расширяют область моделируемых пластических деформаций без опасения, что усилие деформирования пружины 2 более чем в два раза превысит силу трения в элементе сухого трения и последний перестанет «запоминать» пластическую деформацию при разгрузке модели.

Включение катаракта 7 с подпружиненным корпусом параллельно пружине 2 позволяет моделировать явления релаксации напряжений в области пластических деформаций. Параметры дросселя 8 и пружины 9 катаракта 7 должны быть выбраны таким образом, чтобы постоянная времени катаракта соответствовала времени релаксации напряжений в моделируемом теле (в выбранном масштабе времени).

Если к устройству приложить возрастающее во времени усилие (напряжение), то до тех пор, пока приложенное усилие не превысит приведенной силы трения, т.е. до тех пор пока не превзойдет предел текучести моделируемого материала, будет деформироваться только пружина 1. Демпфер 3, включенный параллельно пружине 1, моделирует вязкие свойства материала в области упругих деформаций. Чем выше скорость деформирования, тем больше сопротивление оказывает демпфер 3, и, следовательно, тем большее усилие необходимо приложить к устройству, чтобы получить равновеликую упругую деформацию. Когда усилие превысит приведенную силу трения, начнет деформироваться пружина 2, моделирующая упрочнение в области пластических деформаций.

Одновременно с этим включается в работу элемент 5 сухого трения, катаракт 7 и демпфер 4, моделирующий вязко-пластические свойства материала. Особенностью элемента сухого трения является то, что по мере деформации пружины 2 увеличивается нормальное давление на элемент, и поэтому сила трения возрастает. Приведенная через мультипликатор 6 к направлению деформирования модели (к точке 10) сила трения, также возрастает. При этом передаточное отношение мультипликатора выбирается таким, что приведенная сила трения всегда больше или равна усилию, передаваемому пружиной 2.

В случае отсутствия мультипликатора 6 при некоторой деформации устройства усилие, передаваемое пружиной 2 превысит силу трения и «запоминание» деформации пружины 2 становится невозможным. Таким образом включение мультипликатора необходимо для «запоминания» пластических деформаций во всем диапазоне моделируемых деформаций.

Работа катаракта 7 так же, как и демпфера 4 зависит от скорости нагружения устройства. С увеличением скорости нагружения сопротивление дросселя 8 катаракта возрастает, поэтому значительная доля приложенного усилия воспринимается катарактом, пружина которого после снятия нагрузки в результате перетекания жидкости через дроссель 8 стремится возвратиться в исходное (недеформированное) состояние. При этом усилия перераспределяются между элементами модели. При фиксированной деформации устройства значение приложенного усилия (напряжения) убывает. Имеет место явление, аналогичное релаксации напряжений.

При разгрузке устройства деформация пружины 2 остается фиксированной, так как благодаря включению мультипликатора 6 приведенная сила трения всегда больше (или равна) усилия, воспринимаемого пружиной 2. Таким образом, устройство в фазе разгрузки является самозатормаживающимся. Так моделируется запоминание пластической деформации. При разгрузке упругая деформация восстанавливается полностью, и пружина 1 возвращается в исходное недеформированное состояние.

При повторном нагружении устройство будет деформироваться упруго до тех пор, пока приложенное усилие не превысит величины приведенной силы трения, достигнутой при предыдущем нагружении. И только затем последует пластическая деформация с упрочнением. Таким образом, в модели воспроизводится деформационное упрочнение.

При повторных нагружениях усилием противоположного знака предел текучести будет достигнут раньше, чем при прямом нагружении, так как приведенная сила трения в этом случае оказывается уменьшенной на величину деформирования пружины 2. Этим самым воспроизводится эффект Баушингера - понижение предела текучести при изменении знака нагружения.

Устройство для моделирования вязко-упруго-пластической среды, содержащее две нелинейные последовательно соединенные пружины и элементы сухого и вязкого трения, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона запоминания пластических деформаций и моделирования явления релаксации напряжений в области пластических деформаций, оно содержит мультипликатор и катаракт, причем мультипликатор подключен через элемент сухого трения к нелинейной пружине, моделирующей пластические деформации, параллельно которой включен катаракт с подпружиненным корпусом.