Устройство для моделирования диаграммы циклического деформирования

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования методами аналогового моделирования динамики, прочности и долговечности механических систем с учетом диссипации энергии на внутреннее трение в циклически стабильных изотропных и анизотропных материалах упругих элементов в процессе их упругого и упругопластического деформирования, особенно при оценках длительности затухания свободных колебаний и малоцикловой несущей способности этих механических систем. Цель изобретения - повышение точности моделирования. Устройство содержит два интегратора, сумматор, первый и второй блоки формирования скорости составляющей силы внутреннего трения, каждый из которых содержит переключатель, блок выделения модуля и блок умножения. Устройство по сигналу, соответствующему скорости деформации, вырабатывает на своих выходах сигналы, соответствующие деформации и силе сопротивления деформирования упругого элемента моделируемой системы. 5 ил., 4 табл.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И1 (51) 5 С 06 G 7/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

CA

4h

СФ

4ь

Госуда ственный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4344388/24-24 (22) 15. 12. 87 (46) 15.02.90. Вюл. Р 6 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромеханики (72) Г.В.Трель (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 860091, кл. С 06 С 7/48, 1979 °

Авторское свидетельство СССР

М 1399780, кл. С 06 G 7/48, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

ДИАГРАММЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ (57) -Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования методами аналогового моделирования динамики, прочности и долговечности механических систем с учетом диссипации энергии на внутреннее трение в циклиИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования методами аналогового моделирования динамики, прочности и долговечности механических систем с учетом диссипации энергии на внутреннее трение в циклически стабильных изотропных и анизотропных материалах упругих элементов в процессе их упругого и упругопластического деформирования особенно при оценках длительности затухания. сво, бодных колебаний и малоцикловой несущей способности этих механических систем.

2 чески стабильных изотропных и анизотропных материалах упругих элементов в процессе их упругого и упругопластического деформирования, особенно при оценках длительности затухания свободных колебаний н малоцикловой несущей способности этих механических систем. Цель изобретения — повышение точности моделирования. Устройство содержит два интегратора, сумматор, первый и второй блоки формирования скорости составляющей силы внутреннего трения, каждый из которых содержит переключатель, блок выделения модуля и блок умножения. Устройство по сигналу, соответствующему скорости деформации, вырабатывает на своих выходах сигналы, соответствующие деформации и силе сопротивления деформирования упругого элемента моделируемой системы. 5 ил., 4 табл.

Цель изобретения — повьппение точности моделирования за счет учета кинетики деформирования в процессе циклического нагружения.

На фиг. представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 — схемы блоков формирования сигнала скорости составляющей силы внутреннего трения; на фиг. 4 и 5 — установившиеся петли упругого и упругопластического гистерезисов диаграммы циклического симметричного деформирования циклически стабильных изотропных материалов, воспроизводимые устройством.

1543428

В табл. 1 и 2 приведены основные варианты выполнения устройства и зависимости для скорости деформирования и силы сопротивления деформированию при указанных вариантах выполне5 ния блоков формирования сигнала скорости составляннцей силы внутреннего трения, полярностях их выходнь;.х сиг1 .налов и положениях тумблеров переклю,чателя .

Устройство для моделирования диаграммы циклического деформирования (фиг. 1) содержит вход задания по сигналу, соответствующему скорости деформирования д (t), первый выход по сигналу, соответствующему деформиро- ванию 4 (1), второй выход по сигналу, соответствующему силе сопротивпения деформированию P(t), первый 1 и вто- 20 рой 2 интеграторы, сумматор 3, а также первый 4 и второй 5 блоки формирования скорости составляющей силы внутреннего трения.

Блок 4 (5) по фиг. 2 образуют блок 25 .6 умножения, переключатель 7 с тумблерами 7.1 и 7.2 и блок 8 присвоения знака управляющего сигнала.

Блок 4 (S) по фиг. 3 включает блок

9 выделения модуля, блок 10 умножения и переключатель

Блок 8 содержит первый 12 и второй

13 нуль-органы, первый 14 и второй

15 ключи, а также первый 16 и второй !

7 инверторы.

Работу устройства рассмотрим на примере его выполнейия по п. 1 табл. 1.

Сигнал Ю(й) с входа устройства

40 поступает на первый вход с коэффициентом передачи К сумматора 3 на пер1 вые входы блоков 4 и S и на вход первого интегратора 1, с выхода ксторого сигнал результата интегрирования

Ф(С) поступает на второй вход блока

4 и на второй выход устройства. C йыхода сумматора 3 сигнал, соответствующий скорости изменения силы сопротивления дефармированию Р(t)

50 поступает на входы блоков 4 и 5 и на вход интегратора 2, с вьгхода котороIso сигнал результата интегрирования

P(t)„ ïoäàåòñÿ на второй вход блока

5 и на второй выход устройства.

С выходов блоков 4 и 5 сигналы, Соответствующие скоростям изменения .оставляющих силы внутреннего трения, поступают соответственно на второй и третий входы сумматора 3, В блоке

4 (фиг. 2)сигнал d (t) с его первого входа через замыкающие пары контактов "1-3" (табл. 1, и. 1) тумблеров 7.1 и 7.2 переключателя 7 проходит соответственно на вход блока

8 и на вход блока 6 умножения, на другой вход которого поступает сигнал l(t). На сигнальный вход блока

8 подается сигнал с выхода блока 6 умножения. Выходной сигнал блока 8 является выходным сигналом блока 4.

Во втором блоке 5 при выполнении

его по фиг. 2 сигнал P(t) с его третьего входа через замыкающие пары контактов "1-2" (табл. 1, п. 1) тумблеров 7.1 и 7.2 переключателя

7 поступает соответственно на вход блока 8 и на вход блока 6 умножения, на другой вход которого поступает сигнал P(t) с второго входа этого блока 5. На сигнальный вход блока 8 подается сигнал с выхода блока 6 умножения. Выходной сигнал блока 8 является выходным сигналом блока 5.

При выполнении блока 4 по схеме фиг. 3, например, сигнал д() с его первого входа через замыкающую пару контактов "1-3" (табл. 1, и. 5) тумблера 11.0 переключателя 11 наступает через блок 9 выделения модуля на вход блока 10, на другой вход которого подается сигнал (t) с второго входа блока S. На выходе блока 10 умножения и, следовательно, на выходе блока 4 получают сигнал, соответс гвующий скорости изменения составляющей силы внутреннего трения.

Второй блок 5 может быть выполнен по схеме фиг. 3. В этом случае используется замыкающая пара контактов

"1-2" (табл. 1,, и. 5).

Основные пз возможных состояний тумблеров обеспечивают воспроизведение устройством петель упругого (фиг. 4, табл. 1) и упругопластического (фиг. 5, табл. 2) гистерезисов постоянной ширины, характерных для циклически стабильных изотропиых материалов при постоянных параметрах симметричного цикла нагружения. Выбором полярности выходньпс сигналов блоков 4 и 5 обесцечивается учет необходимых направлений обхода петель гистерезиса и кинетики деформации, в частности, центрирование петель гистерезиса для циклически иэотроп5 154 ных материалов и их непрерывное смещение для циклически анизотропных материалов, для которых характерно одностороннее накопление пластических деформаций.

Согласно примерам выполнения устройства, перечисленным в табл. 1 и

2, не исключены и другие возможные случаи сочетания положений тумблеров 7.1, 7.2 и 1I.Î для воспроизведения промежуточных петель между петлями упругого (фиг. 4) и упругопластического (фиг. 5) гистерезисов, которые имеют место, например, при циклических относительных перемещениях элементов пары трения в пределах зоны предварительного смещения.

Выбором коэффициентов передачи

К „ 2К, 2К> соответствующих входов сумматора 3 (фиг. 1) обеспечивается воспроизведение петель гистерезиса необходимой ширины, параметры процессов аккомодации или одностороннего смещения их.

В результате предлагаемое устройство при выполнении его блоков 4 и 5 по схемам фиг. 2 и 3 с состояниями тумблеров по п. 1 и 5 в табл. 1 воспроизводит следующую зависимость силы сопротивления деформированию

P(t) от скорости деформирования сГ(й), аппроксимирующую начальную кривую нагружения и нисходящие и восходящие ветви упругого гистерезиса параболами в интегральном виде:

3428 б диаграмм деформирования циклически стабильных изотропных и аннзотропных материалов приведены в табл. 3 и 4

5 (фиг. 4) .

I0

I5

I при с1 ) О, О при 1 =О, -1 при 8(0 >

Sgn d при Р)0, 0 при Р=О, — 1 при P(0;

Sgn Р=

P K /+К O Sgnd -К P Sgn Р+С где К, — коэффициент жесткости идеальной упругости (без учета внутреннего трения);

К, К вЂ” коэффициенты формы петли упругого гистерезиса; (t) — скорость деформирования;

P(t) — скорость изменения силы сопротивления деформированию;

С- — начальные условия интегриро3 вания для j-й ветви гистерезиса.

Те же параметры устройства, но для упругопластических гистерезисов

Формула изобретения

Устройство для моделирования диаграммы циклическо ro деформирования, содержащее первый и второй интеграторы, сумматор, первый и второй блоки формирования скорости составляющей силы внутреннего трения, причем первый вход первого блока формирования скорости составляющей силы внутреннего трения, вход первого интегратора и первый вход сумматора соединен с входом задания скорости деформации устройства, выход первого интегратора подключен к второму входу первого блока формирования скорости составляющей силы внутреннего тренчя выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого подключен к входу второго интегратора, выход которого является выходом устройства, первый и второй входы второго блока формирования скорости составляющей сил внутреннего трения соединены соответственно с выходами сумматора и второго интегратора, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с . e" лью повышения точности моделирования за счет учета кинетики деформации в процессе циклического нагружения, первые и третьи выходы первого и второго блоков формирования скорости составляющей силы внутреннего трения: подключены соответственно к входу задания скорости деформации устройства и выходу сумматора, причем каждыи из блоков формирования скорости составляющей силы внутреннего трения содер-. жит переключатель, блок выделения модуля и блок умножения, первый р= .з-, мыкающий контакт переключателя является первым входом блока формирования скорости составляющей силы внутреннего трения, подвижный контакт переключателя соединен с входом блока вЫделения модуля, выход которого "",îq-. ключен к первоь входу блока умножения, второй вход и выход которого являются соответственно вторым входом и выходом блока формирования ско ости составляющей силы внутреннего трения, третьим входом которого является второй размыкающий контакт переключателя.

1543428

Таблица 1

Выполнение блоков 4 и 5

У п/п

Пере- Замыключа- кающая тель пара

Фигура

Влок

Поляр- Материал Поляр ность HoCTb

Материал

1 5 2

Циклически анизотропный

То же

1-2

1-2

7.1

7.2

Циклически изотропный

То же

4 2

2 5 2

4 2

3 5 2

4 2

4 5 2

4 2

И

И

«и»

И и и *

5 5

4 б 5

И

И

И

И»

И

II и

7 5

8 5

И

И

tt

И

И."4

9 5

3

И

И» и

Таблица 2

Зависимости P(d, t) Р и/и

К, (t)+2K 3 (t)8(t)Sgnpt) 2K P(t)P(t) Sgn (1.)

2 К,8(t)+2K У(й) 8(t)Sgn P(t)-2KP(t)P(t)Sgn P(t)

3 К, d (t)+2K аР(й) k(t) Sgn8(t)-2K P(t)P (t) Sgnk(t)

4 K 8(t)+2K 3(t) (t)Sgn P(t)-2K P(t)P(t)Sgnd(t)

5 К, 8(с)+2К 4(Е) 18(а) t -2К P(t) I P (t) I

6 К, Р()+2К (Е) У(t) Sgn4(t)-7K P (t) 1P (t)1

7 К, д(t)+2K, Р() 8(t) Sgn P(t)-2К,Р(t) I P(t)1

8 К, (t)+2K,8(t) j 2 (t) I -2K>P (t) P (t) Sgn1 Р(С)1

9 К, Р(t)+2K 4 (t)1 1(й)1-2К Р (t)P(t) ЯръЗ(й) 7.1

7.2

7.1

7.2

7.1

7.2

7.1

7.2

7.1

7.2

7.1

7.2

7,1

7,2

11.0

11.0

11.0

7.1

7.2

11.0

7.1

7.2

7.1

7.2

11.0

7.1

11.0

1-3

1-3

1-2

1-2

1-2

1-3

1-3

1-2

1-3

1-3

1-3

1-3

1-2

1-3

1-2

1-3

1-2

1-3

1-3

1-2

1-2

1-3

1-2

1-2

1-3

1-3

I-3

Полярность сигналов блоков

4 и 5 при (t) > 0

1543428

9 10

Таблица 3

У п/п

Блок Фигура

Циклически анизотропный

То же

7.1 1-2

7 ° 2 1-3

Циклически изо тропный

То же

4 2

2 5 2

Н

4 2

3 5 2

4 2

4 5 2

4 2

Н»

Н

Н

Н

«и и

Н и ф!

5 5 3

4 3

6 5 3

4 2

Н и и

7 5 3

4 2

8 5 2

Циклически анизотропный

То же

Цикличе ски изо» тропный

+ То же

11.0 1-2

9 5 2

4 3

Н t

«tt

7,1 1-2

I! .0 22

Н

Таблица 4

К2 и/и

Зависимость Р (l, t) O

K, i< t)+K S(t) e(t) Яап (с) -K,P (t) d(t) Sgn Ф (t)

К, г()+К, (t) P (t) Sgn (t) -K>P (t) г() 8дпг(е)

К12(t)+Kgb(t)P(t)sgn k(t)-K P(t)2(t)sgn Ф(С)

К,г(t)+K,g(t)P(t)Sgn р()-к,р(е) p(t)Sgni(t)

К, У(t)+Kgb(t)$ 9(t}I -к P(t) lt2 (t)f

К, г(Е)+К,Z(t)P (t) Sgn P (t) K,P (t) г (t) f

KI ()+КМ »()88п«()-Кзр(с) «"(") . к, У(е)+2,У(е) I O(t)l -к,P(t)d(t) 88п (t)

К, J (t)+K 4 (t) I P (t) l -K P (t)d (t) Sgn P(t) 1

3

5

8

Выполнение блоков 4 и 5

Пере- Замыка клю- бацая чатель пара

7.1 1-3

7.2 1-2

7.1 1-3

7.2 1-3

7.1 1-3

7.2 1-2

7,1 1-2

7, 2. 1-3

7,1 1-2

7.2 2-2

7 . 1 - 3

7, 2 1 - 3

7 . 1 1 - 2

7 . 2 1 - 3

1 1 . 0 1 -3

11..0 1-2

1I.0 1-3

7.1 1-2

7.2 1-2

l,0 1-3

7.1 1-3

7 ° 2 1-2

7. 1 1-3

7. 2 1-3

Полярность сигналов блокЬв

4и5при

Поляр- Материал Поляр- Материал ность ность!

543423

154 3428! 543428

Составитель В.Геча

Техред М.яндык

Редактор Л.Пчолинская

° 1

Корректор В. Ги рня к

Заказ 402 Тираж 555 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101