Устройство для моделирования разрушения хрупкой среды Советский патент 1982 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования процесса разрушения хрупкой среды.

Известен сеточный интегратор для . решения нелинейных задач, содержащий КС-сетку, емкостный элемент, генератор напряжения, последовательно соединенные триггер Шмитта и Ключевой элемент, первый и второй выходы которого непосредственно и через емкостный элемент параллельно подключены к емкостному элементу RC-сетки, диодный ключ, выход которого соединен с входом емкостного элемента, и эмиттерный повторитель, подключенный входом к первому выходу ключевого элемента, а выход эмиттерного повторителя соединен с первым входом триггера Шмитта и входом диодного ключа, причем второй вход триггера Шмитта подключен к выходу генератора напряжения 1.

Недостатком такого сеточного интегратора является невозможность определения составляющих процесса разрушения хрупкой среды.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для решения дифференциальных уравнений, содержащие RC-сетку, состоящую из решающих резисторов и узловых элементов, граничные узлы RC-сетки и входы установки начальных значений всех узловых элементов подключены к соответствующим выходам блока задания граничных и начальных условий, в каждом узловом элементе первая обкладка решающего конденсатора соединена с шиной нулевого потенциала, вторая обкладка решающего конденсатора подключена к соответствующим решающим резисторам RC-сетки 2 .

Описанные устройства позволяют применять электрические модели с непрегорывным процессом решения на основе RC сетки для решения определенных нелинейных задач. Однако их недостатком является отсутствие возможности нели397ейного управления резисторами модели .рующей среды в функции изменения потенциалов в узлах RC-сетки, например при моделировании формирования зоны .разгрузки в призабойной части угольно го пласта, а также внезапного выброса угля, породы и газа в горную выработку, т. е. невозможность определения составляющих процесса разрушения хруп кой среды. Целью изобретения является повышение точности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем RC-сетку состоящую из решающих резисторов и узЛО9ЫХ элементов, граничные узлы RCсетки и входы установки начальных зна чений всех узловых элементов подключены к соответствующ41м выходам блока задания граничных и начальных условий каждый узловой элемент содержит решающий конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала , в каждый узловой элемент введены шунтирующие резисторы, схема сравнения и два ключа, первый из ко-, торых подключен параллельно решающему конденсатору, первый вход схемы сравнения и вторая обкладка решающего конденсатора через замыкающий конденсатор второго ключа подключены к входу установки начального значения устройства, выход схемы сравнения соединен с обмоткой реле, параллельно размыкающим контактам которого подключены шунтирующие резисторы, одни выводы которых соединены с соответствующими решающими резисторами RC-сетки, другие выводы подключены к второй обкладке решающего конденсатора , второй вход схемы сравнения соединен с входом задания напряжения сравнения блока задания граничных и начальных условий. На фиг. 1 изображена блок-схема устройства для моделирования разрушения хрупкой среды; на фиг. 2 - функциональная схема одного узлового элемента. Устройство содержит резисторы 1, узловые элементы 2, и блок 3 задания граничных и начальных условий. Узловой элемент 2 состоит из размыкающих контактов , электромагнитного реле 5 ключей 6 и 7i схемы сравнения 8, шунтирующих резисторов 9 и решающего кон.денсатора 10. тройство моделирует процесс разия хрупкой среды, который описыя следующими уравнениями. авнение равновесия .., (э,, Т компоненты тензора напряжений;плотность J проекции объемных сил. авнений деформирования с учетом чести е+2уие Л (t,t)e{V)(t,t) jldtT; 0 2yiiVj (,(.tn.,W} o , / rxv-j (t.i:)yx3Ci) -О , g , Tfxv, компоненты тензора деформаций; 0 ех+ел, /(l,)|(t,t)- коэффициенты релаксации;параметры Ламе $ параметр интегрирования;-время; -время начала отсчевнения механического состояния ельного деформирования б(2А+)б ,; . , , - поперечная и продольная компоненты тензора напряжений; .. 3 поперечная и продольная компоненты тензора деформаций) угол внутреннего трения; 5 fb - коэффициент поперечной деформации для области запредельного состояния предел прочности на одноосное сжатие; Е - деформационная характеристика на запредельном участке. Устройство работает следующим образом. При помощи блока 3 задаются начал ,ные и граничные условия, причем напряжения сравнения УС на схемах сравнени 8 должны быть меньше, чем напряжение питания модели. Замкнув ключи 7, осуществляют полную зарядку всех узловых емкостей, что приводит к срабатыванию всех схем сравнения 8 и электромагнит ных реле 5 контакты k размыкаются. Решение задачи начинается с момента одновременного размыкания ключей 7 и шунтирования в определенном узле конденсатора 10 ключом 6, через который будет происходить разряд RC-сетки. При уменьшении потенциала в заданном узле до значения меньшего напряжения сравнения U на схеме сравнения 8, по следний возвращается в исходное положение и при помощи электромагнитного реле 5 шунтирует принадлежащие данному узловому элементу резисторы 9. Это в свою очередь ускорит разряд конденсаторов 10 и возвращение схем сравнений 8 в исходное положение в близлежащих узлах и т. д. Так как в плечах остаются не зашунтированными резисторы 1 , и RC-сетка может постоянно подпитываться от блока 3, то процесс но, сит затухающий характер и будет продолжаться до тех пор, пока не достигнет узлов RC-сетки, в которых минимально возможный, в результате разрядки потенциал будет больше, чем напряжение срав.нения 1),, поданное на схемы сравнения. При этом устройство непрерывно моделирует процесс деформирования ,под действием внешних сил хрупкой среды в сторону обнаженной поверхности с учетом ползучести, а также ее разрушение Эффективность и новизна изобретения, по сравнению с известными устрой ствами, заключаются в том, что оно по зволяет с большей точностью и меньшими затратами исследовать нелинейный процесс разрушения хрупкой среды под действием внешних сил, скорость его распространения, влияние внешних и .внутренних факторов и др., что приме26нительно к горному делу, выполнить инструментальными методами исследования бывает или очень трудно или вообще невозможно. Автоматическое управление параметрами моделирующей средьГ в функции изменения потенциалов в узлах RCсётки позволяет изучать на моделях процесс развития внезапного выброса угля, породы и газа, исследовать влияние горно-геологических условий на размеры и форму полости и др., что необходимо для успешного решения проблемы борьбы с газодинамичес.-;ими явлениями. Формула изобретения Устройство для моделиронйния разрушения хрупкой среды, содержащее RC сетку, состоящую из решающих резисторов и узловых элементов, граничные узлы RC- сетки и входы установки начальных значений всех узловых элементов подключены к соответствующим выходам блока задания граничных и начальных условий, каждый узловой элемент содержит решающий конденсатор, первая обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в каждый узловой элемент йведены шунтирующие резисторы, схема сравнения идваключа, первый из которых подключен параллельно решающему конденсатог ру, первый вход схемы сравнения и вторая обкладка решающего конденсатора через замыкающий контакт второго ключа подключены к входу установки начального значения устройства, выход схемы сравнения соединен с обмоткой реле, параллельно размыкающим контактам которого подключены шунтирующие резисторы, одни выводы которых соединены С соответствующими решающими резисторами, другие выводы подключены к второй обкладке решающего конденсатора, второй вход схемы сравнения соединен с выходом задания напряжения сравнения блока задания граничных и начальных условий. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Л810 3, кл. G 06 G , 1973. 2.Авторское свидетельство СССР f 276532, кл. G Об G , 1968 (проотип) .,