Устройство для моделирования узла рамы Советский патент 1977 года по МПК G06G7/68 

левого лотенциала, а четвертый вход - через последовательно соединенные пятый ключ и источник напряжения соединен с ии1ной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельпо первому блоку моделирования коэффициентов упругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов упругости узла, причем управляющие входы первого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока программного управления, а управляющие входы третьего, четвертого и шетого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления.

На фиг. 1 показан нелинейно податливый шарнирный узел, соединяющий ригель рамы со стойками; на фиг. 2 - график реальной зависимости изгибающего момента в узле от угла раскрытия нелинейно упругого шарнира; на фиг. 3 - схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство содержит блоки моделирования коэффициентов упругости 1-7 узла, где блок 1 выполнен в виде проводимости gs, блок 2 - проводимости 2, блок 3 - проводимости gi, блоки 4 и 5 - проводимости 3 g, блоки 6 и 7 - проводимости g; источники тока 8-11, где блоки 8 и И выполнены в виде источников тока /ь а блоки 9 и 10 - источников тока h, блок программного управления 12, К выходу которого подключено реле 13; удвоители напряжения 14 и 15 и инверторы 16 и 17, для которых со() АО

ответственно 2, . где Ro -

противление орбатпой связи удвоителей напряжения и инверторов, а R и RI - входные сопротивления соответственно удвоителей напряжения и инверторов; реле 18-20 блока программного у)правления 12; источники напряжения 21 и 22; ключи 23-28 реле 18; ключи 29-32 реле 20; ключи 33-35 реле 13; ключи 36 и 37 реле 19.

При моделировании реальной системы, содержащей нелинейно податливые узлы, объект моделирования разбивается на отдельные участки: стержни и упругие узлы (см. фиг. 1). Для каждого отдельного участка объекта предназначено известное устройство для моделирования изгибаемого стержня. Модели отдельных участков соединяются по геометрической схеме моделируемой системы для реализации уравнений равновесия в узлах. Узлы рамных каркасов (особенно из сборного железобетона) часто нельзя считать абсолютно жесткими. Реальные условия работы узла соответствуют наличию в узле некоторого упругого шарнирного соединения (см. фиг. 1), где а - угол раскрытия шарнира, Ф - угол поворота стоек рамы, в - угол поворота ригеля рамы.

а ср-9(1)

На фиг. 2 показана экспериментально полученная зависимость изгибающего момента в узле от угла раскрытия шарнира. Действительная криволинейная диаграмма работы узла быть аппроксимирована участками прямой, как это сделано на фиг. 2. Податливость узла при его работе на участке I определяется коэффициентом Ci жесткости узла.

, JL )

Ci -tgp

М : Q а; на основании уравнения (1)

М . С, (f - 9),(3)

где М - изгибающий момент в рассматриваемом сечении.

При работе узла на участке II его жесткость определяется коэффициентом Cii tge. Тогда момент М в узле равен

M-aCn+Afi, т. е. (CP-е)+М, (4)

Для участка 111 (см. фиг. 2)

М. М.т - Ь, Ь (а-а) tgl (У--У-Т) Сщ ,

(М,-М,)

(5)

II

тогда 30М -аСш+Л1г+& И

%(Cii+C,i,-М,С,„)

- Сш (т - в) +

(6)

Уравнения (3), (4) и (6) характеризуют различные условия pai6oTbi упругого шарнира. Предлагаемое устройство (см. фиг. 3) служит для моделирования этих уравнений. Устройство является переключаемым и имеет три фиксированных состояния.

Первое состояние, когда реле 18 и 20 не сработали, характеризуется следующими уравнениями электрического тока

/л g.u, g.e ,JB --я.и,+g,u 17)

Состояние, определяемое уравнениями (7),

имеет место тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входе блока программного управления 12 меньще, чем величина источника напряжения 21, равного . Если это суммарное напряжение превосходит

величину источника напряжения 21, то срабатывает реле 13, которое через ключ 33 включает реле 18. Реле 18 через ключ 26 самоблокируется и через ключ 23 подключает к устройству блок моделирования коэффициентов

упругости 2 и источники тока 8 и 11, а также через ключ 28 - источник напряжения 2, рав- ный 2 2- Тогда суммарное напряжение на нервом и втором входах блока программного управления 12 становится меньше, чем напряжение (lEi + lEz) и реле 13 отключается. Это состояние определяет уравнения электрического тока / ,. + /„ 1+5 2g + g2 gtgs Г г 1gtg2 Г Тт и о Т-я - /1 1+ 2gl + g2 Первый раз реле 13 срабатывает кратковременно, включив на самоблокиповку реле 18, ключ 27 которого, включенный в цепь нитания реле 19, подготавливает к включению реле 19. Реле 19 включается, после отключения реле 13, и ключом 36 самоблокируется. Ключ в цепи питания реле 20 подготавливает реле 20 к срабатыванию при следующем, втором включении реле 13. Вто:рое включение реле 13 происходит тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входах блока программного управления 12 превосходит величину, равную ( + 2E2). При включении ключа 35 срабатывает реле 20, которое посредством ключей 29, 30 и 31 включает блоки моделирования коэффициентов упругости узла 4-7 и источники тока 9 и 10. Заменяя последовательно соединенные проводимости gl, gz и g3 блоков моделирования коэффициентов упругости 1-3 узла одной эквивалентной проводимостью g получаем р- - gggg (9) + gtga + gig2 Тогда уравнения электрического тока имеют /д 5gU, - gf/«- 3g-2f/c-+ + 7;+/,Г , + 5gUe 4-g2f/;-3.2t/e- r -gU, + gU + 7, + T,, (10) /B-gf/ p -gt/e -/2 -/1 Из сравнения уравнений (3), (4), (7), (8), (9) и (10) видно, что они аналогичны, если считать, что /л TfM, g, KCi, Т;М, f l,ff Ув -;«9. i 11 /, Тг М., g, K GI - Сц (Cii + C,,i)-MiCi,i 4(Mr-M.XCli-f Cjif), :-Гг;; ( 11 iii g KCui, g, K 11 - где fi, fu, К - масштабные коэфициенты тоwa, напряжений и проводимостей. Таким образом, видно, что устройство (см. фиг. 3) содержит в себе полную информацию о трех состояниях упругого узла (см. фиг. 2, диаграммы участков I-III). Автоматический переход с участка I диаграммы на участок II и с участка II на участок III осуществляет лок программного управления 12, на входы которого подаются напряжения 2U и 2(7,:, разность которых (2(7 -2t/e ) сравнивается с величиной источника напряжения 21, равного , или с суммой источников напряжения 21 и 22 ( + ). При этом , - Тя-с:. Б, - aj (12) Предлагаемое устройство предназначено для моделирования сложной конструктивно нелинейной задачи строительной механики, когда заранее неизвестна рабочая расчетная схема соорул ения. Если число нелинейно упругих узлов рамы равно п, то число вариантов расчетных схем сооружения равно 3. Устройство позволяет автоматически для каждого узла находить тот участок диаграммы работы узла, который соответствует характеру его деформации, что расширяет егг функциональные возможности. Формула изобретения Устройство для моделирования узла рамы, содержащее блоки моделирования коэффициентов упругости узла, ключи, блок программного управления, источники тока, источник напряжения, удвоители напряжения и инверторы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в нем первый вход устройства через последовательно соединенные первый ключ и первый источник тока подключен к тине н}левого потенциала и через последовательно соединенные первый, второй и третий блоки моделирования коэфициентов упругости узла соединен со вторым входом устройства, который через последовательно соединенные второй ключ и второй источник тока подключен к шине нулевого потенциала, первый вход устройства через последовательно соединенные первый удвоитель напряжения, первый инвертор и четвертый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу третьего ключа, выход которого соединен с первым входом устройства, второй вход устройства через поеледовательно соединенные второй удвоитель напряжения, второй инвертор и пятый блок моделирования коэффициентов упругости дзла подключен ко входу четвертого ключа, выход которого соедпнеп со вторым входом устройства, выход первого удвоителя напряжения через шестой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входол четвертого ключа, который через третий источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго удвоителя на(тяжения через седьмой блок моделирования коэффициентов упругог

сти узла соединен со входом третьего ключа, который через четвертый источник тока соединен с шиной нулевого нотенциала, выход первого инвертора подключен к первому входу блока програмчмного управления, второй вход .которого соединен с выходом второго удвоителя напряжения, третий вход - через .,источни К напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, а четвертый вход - через последовательно соединенные пятый ключ и источник напрял ения соединен с шиной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельно первому блоку моделирования коэффициетов упругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов унругости узла, причем управляющие входы первого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока программного управления.

а управляющие входы третьего, четвертого и шестого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления.

Источники информации, принятые во внимяпие при экспертизе

1.«Семинар-методы математического моделирования и теория электрических цепей. О. Н. Токарева (доклад). «Электронное моделирование пространственных ортогональных

рам на сплошном упругом основании. Киев, Общество «Знание, 1964, с. 11.

2.Туровский Л. И. и Юсупов Ф. Ш. Способ учета упругой деформативности узлов при расчете рамных систем методом электрического моделирования. В сб. «Проектирование, строительство и эксплуатация магистральных газонефтепроводов и нефтебаз. Уфа, Уфимский нефтяной институт, 1968, выпуск II, стр. 65.

Лг пг

J5, J/ J

О

i/UZ.J