Устройство для моделирования стержня Советский патент 1980 года по МПК G06G7/68 

Изобретение относится k аналого вой вычислительной технике и предназначено для моделирования конструкций с нелинейно работающими стер нями. , Известны устройства, предназначенные для расчета стержневых систем, содержащие резистивные сетки и функциональные преобразователи 1 Недостатками известных устройств являются узость функциональных возможностей, необходимости ручного многоциклового уравновешивания. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее R-сетку, инверторы, усилитель и источники опорного напряжения 2 . Недостатком известного устройства является узость функциональных возможностей, оно может моделировать .стержни, выполненные только из линейного материала. Если стержн выполнены из нелинейного материала что соответствует их реальной работе, указанное устройство не может быть применено. Цель изобретения - расширение ег функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены сумматор, блоки умножения, выпрямительные элементы и дополнительные резисторы, причем первая узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочку из последовательно соединенных первого блока. умножения и первого инвертора соединена со входом первого выпрямительного элемента, вторая узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочку из последовательно соединенных второго блока умножения и второго инвертора подключена ко входу второго выпрямительного элемента, третья узловая точка R-сетки через соответствующий резистори через цепочки из последовательно соединенных третьего блока умножения и третьего инвер ора соединена со входом первого выпрямительного элемента, четвертая узловая точка R-сетки через соответствукяций резистор и через цепочки из последовательно соединенных четвертого -блока умножения и чет|вертого инвертора подключена ко ;Входу второго выпрямительного эле( мента, пятая узловая точка R-сетки через соответствующие резисторы сое динена с первой и третьей узловой точками и непосредственно подключена к выходу сумматора, -первый вход которого соединен с шестой узловой точкой R-сетки, через соответствующие резисторы подключенной ко второй и четвертой узловым точкам R-сетки и непосредственно соединенной с выходом усилителя, вход которого подключен к выходам первого и второго выпрямительных элементов, седьмая узловая точка R-сетки через соответствующие резисторы соединена с первой, .второй, третьей и- четвертой узловыми точками, со вторым входом сумматора и через третий и четвертый выпрямительные элементы - соответственно с первым и вторым источниками опорного напряжения, выходы первого и трётьёТго блоков умножения подключены ко входу второго выпрямительного элемента, -выходы второго и четвертого блоков умножения соединены со входом перво го выпрямительного элемента и через резисторы с седьмой узловой точкой, третий и четвертый источники опорно го напряжения подключены ко входам первого И третьего выпрямительных: элементов. На фиг. 1 приведена схема устройства для моделирования.нелинейно работающего стержня, на фиг. 2 показан график нелинейной зависимости между напряжением G и относительным удлинением стерзшя , работаю щим на продольноеусилие. Устройство содержит узловые точки, 1-7, резисторы 8-21, проводимости которых равны соответственно. 2д,. 9, 9, .2д, д, .д, 2д ,д,д,2д, д, Qp, д, д , блоки 22-25 умножения для которых отношения сопротивлений обратной связи и входного равны 2, инверторы 26-29 напряжения, к-1 для которых отношение сопротивлений обратной, связи и выходного равны 1 , сумматор 30 напряжений с дву мя входами, причем отношение сопротивлений обратной связи и входного к ---- I, для для первого входа равно 2, усиливторого входа равно тель 31, выпрямительные элементы 32-35, сопротивления входных резисто ров элементов 34, 35 равны соответственно R , Rg Rj, R, Rg, источники 36-39 опор ного напряж.ения равные е , 2 3 При расчете комбинированных систем и форм, содержащих нелинейно ра|ботающие стержни, заранее неизвест744651но, на каком из участков диаграммы работает стержень. Учет сложного характера работы материала при расчете статически неопределиглых конструкций можно выполнить только с помощью предлагаемого устройства. Для участков диаграммы T-V напряжения в сечениг стержня и усилия в нем равны соответственно , .2, Ti--t e.z,4t-z,,)«g, -&,,., V(-V. t I, I, IK, IV, V, где F - площадь сечения стержня, tgB , tg и tgH имеют смысл модуля упругости материала. Относительное удлинение стержня 6 для стержня длиной t равно у cost. , /,, ., ЗША &-( 4(у. , (2) угол наклона стержня, работающего на продольное усилие, к горизонтальной линии,X.,- и Х|/, у.,- и - соответственно горизонтальные и вертикальные перемещения концов стержня i и к. : .Подставив уравнения (2) в (О, получим пять вариантов усилий в стержне. Прое1ЕСцйи усилия в стержне на горизонтальную и вертикальную оси для левого и правого концов определяются следующим образом I М, IV, V. т.е. стержень определяется пятью различными вариантами усилия (после подстановки из (I) пяти вариантов напряжений). Определить, на каком из пяти участков диаграммы работает в данный момент стержень, можно только U помощью предлагаемого устройства, которое содержит информацию о всех пяти возможных вариантах работы стержня. В устройстве напряжение UA отрабатываемое в узловой точке 7, с учетом того, что отношение сопротивлений резисторов обратной связи и входного для блоков умноженин 23 и 25 - 2, равно « .A.- a 3gTQ- - lb(«). Если потенциал узловой точки 7 равен Ej (j 1.2), то VA Pj . (5) На выходе усилителя 31 отрабаты вается напряжение (if, (для выпрямительного элемента 34) и,,0 . (- z 4:-4f:)-.i;- ПРИ 2(ц-.и,|5-ц|у Суммарное напряжение выпрямительного элемента 34, на входы которого подаются положительные и от рицательные напряжения с узловых точек 1-4, соответствует положител ному удлинению стержня. .Если стержень укорачивается, то становится отрицательным. На -выпрямител ный элемент 35, подключенный к уси лителю 31, подают суммарное напряж ние, эквивалентное инвертированной величине , поэтому на его четыре входа подаются те же напряжения, ч и на элемент 34, но.только в инвер тированном виде. Тогда на выходе усилителя 31 отрабатывается напряж ние и, определяемое по формулам (6), в которых вместо величины стоит величина Величины электрического тока дл узловых точек 1-4 определяются сле дующими урав.нениями ,СЧ,ЧЩ- g(2U.(,) ( гГ-Й(). « 5гёоК в)J4rio(), i I, II, III, IV, V, где и. и и,, определяются по формул (4-6), Уравнения (3) и (7) аналогичны если J,y,, J i 6X-NiCOS), J,6( i I , II, Ml, IV, V Ч Гнь ,Хк. d k (coeV i-sincA )0 -g rgtgot k 5(sinov Sinrt cos)ige--g1S4 Zi t T 4Zi-e ff - 3(coSA.tSir() 1 5(со8Л ) - ME (,+tg(A) Rj ((H) г,2 e--ff, ) 3 где ffj , if4 , k - масштабные коэф:1)ици енты токов, напряжений и проводимоетей. Следовательно, на четырех полюсах устройства отрабатываются напряжения, эквивалентные горизонтальным и вертикальным перемещениям концов стержня, работающего на продольное усилие, и токи, аналогичные горизонтальным и вертикальным проекциям усилия в стержне с учетом работы материала стержня на пяти участках. с одного участка на другой происходит плавно, без электромеха-/ нических переключений. При электромоделировании конструкции, содержащей стержни,работающие на продольные усилия (фермы, комбинированные системы), модели стержней соединяются ме5кду собой по геометрической, схеме конструкции с целью реализации уравнений равновесия в узлах (суммы проекций на горизонтальную и вертикальную оси).На каждый узел конструкции при любом числе стержней, сходящихся в узле, необходимо только четыре усй пителя ; (дваблока умножения и два инвертора напряжения). Кроме того, на каждый стержень необходимо еще по одному усилителю и одному сумматору напряжений. Внешняя нагрузка, прикладываемая в узлах конструкции, моделируется источниками тока/ включаемыми в узлы модели. Таким образом, устройство позволяет решить очень сложную нелинейную задачу строительной механики, которая обычными методами,особенно для многократно статически неопределенных систем, не может быть решена. Формула изобретения Устройство для моделирования стержня, содержащее R-сетку, инверторы, усилитель и источники опорного напряжения, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет учета нелинейных характеристик материала стержня, в него введены сумматор, блоки умножения, выпрямительные элементы и дополнительные резисторы, причем первая узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочку из последовательно qoeдинeнныx первого блока умножения и первого инвертора ;соединана со входом первого выпрямительного элемента, вторая узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочку из последовательно соединенных второго .блока умножения и второго инвертоjpa подключена ко входу второго выПрямйтельного элемента, третья узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочки из последовательно соединенных третьего блока умножения и третьего инвертора соединена со входом первого выпрямительного элемента, четвертая узловая точка R-сетки через соответствующий резистор и через цепочки из последовательно соединенных четвертого блока умножения и четвертого инвертора подключена ко входу второго выпрямительного элемента, пятая узловая точка R-сетки через соответствующие резисторы Т5д ёдйнёна с ffepiBori и третьей узловой точками и непосредственно подключена к выходу сумматора, первый вход которого соединен с шестой узловой точкой R-сетки, через соответствующие резисторы подключённой ко второй-и четвертой узловым точкам R-сетки и непосредственно соединеной с выходом УсиЛитёля7вхЬд которого подключен к входам первого и второго выпрямительных элементов, седьмая узловая точка R-сетки через соответствующие резисторы соединена с первой, второй, третьей четвертой узлрвьгми точкалю, со

e

вторым входом сумматора и черезтретий и четвертый выпрямительные злэменты - соответственно/спервым и вторым источниками опорного напряжения, выходы первого и третьего блоков .умножения подключены ко входу второго выпрямительного элемента выходы второго и четвертого блоков умножения соединены со йходом первого выпрял1ительного элемента и чере резисторы с седьмой узловой точкой, третий и четвертый источники опорного напряжения подключены ко входам первого и третьего выпрямительных элементов. . ..-- ,1 . , .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. научгно-техническая конференция. Материалы секции строитёль.ной механики. Минск, БПИ, 1969, с.. 107. , ;, . .

2.Авторское свидетельство СССР / № 438022, кл. G Об G 7/46, 1972 (прототип).

Примечание: В ограничительную часть

формулы включены признаки, общие

с прототипом, в отличительную часть

новая совокупность существенных

йрйзнаков..

bHK ; :ift; t - y - c f-

-.Я« вйй1 ж:

г цайдда аш i

- ..