Устройство для электрического моделирования упруго- пластической среды
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
22! 398
Союз Советских
Социалистических, Республик ф Н7Н -1иблно".- --,„» -,.:„, Зависимое от авт. свидетельства №
Кл 42m4, 7/18
Заявлено 20.1У.1967 (Лое 1149486/26-24) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 01,VII.1968. Бюллетень № 21
Дата опубликования описания 17.IX.1968
МПК G 06@
УДК 681 333 001 57 539
3 539 214 9(088 8) Комитет по делам изобретений и открытий при Сосете Мииистрае
СССР
Авторы изобретения
A. Н. Ленский и В. М. Лобода
Институт черной металлургии
Заявитель
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
УП РУГО-ПЛАСТ И Ч ЕСКО Й СРЕДЫ
Йзвестны устройства для электрического моделирования упруго-пластической среды, содержащие операционные усилители, неуправляемые диодные ключи и нелинейные функциональные блоки.
Предлагаемое устройство отличается тем, что в нем на вход суммирующего усилителя ,подключены два функциональных нелинейных блока, последовательно с одним из которых подключены элемент «зона нечувствительности» и операционный усилитель с емкостным входом и емкостной обратной связью, а параллельно этому же функциональному блоку заключен третий функциональный блок и последовательно соединенный с ним дифференцирующий операционный усилитель, в обратной связи которого параллельно сопротивлению включены последовательно соединенные .конденсатор и диод, зашунтированный резистором.
Это позволяет упростить устройство и повысить точность вычислений.
На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства для моделирования упpyro-пластической среды.
В устройство входят следующие узлы: функциональный блок воспроизведения характеристик упругого и псевдоупругого нагружений; блок формирования и запоминания пластической деформации, содержащий потенциометры и диоды; блок воспроизведения функции, определяющей деформ ационное упрочнение; блок воспроизведения функций, определяющей скоростное упрочнение в области пласти5 ческих деформаций; блок моделирования явления релаксации напряжений; блок воспроизведения скоростного упрочнения и суммирующий усилитель.
Все устройство выполнено на типовых опе10 рациснных усилителях от 1 до 7, неуправляемых диодных ключах 8, 9, 10 и нелинейных функциональных элементах 11, 12 и 18. Для расширения диапазона аппроксимируемых нелинейных зависимостей последовательно и па15 раллельно каждому из варисторов включены добавочные сопротивления.
Усилие деформирования Р при статическом нагружении определяется как разность усилия псевдоупруго го дефо рми ров ания и усилия, 20 пропорционального функции, определяющей деформационное упрочнение.
При динамическом нагружении к указанной разности добавляются усилия сопротивления, зависящие от скоростей нагружения в области
25 упругих и в области пластических деформаций.
Элементы и узлы предлагаемого устройства выполняют следующие функции. Операционный усилитель 1 с нелинейным функцио30 нальным элементом 11 воспроизводит харак221398
60 теристику упругого и псевдоупругого нагрул<ений; потенциометры 14 и 15 с источниками опорного напряжения и неуправляемые диодные ключи 8 и 9 определяют момент появления пластических деформации; усилитель 2 с емкостным входом и емкостной обратной связью является передаточным звеном, которое совместно с диодными ключами 8 и 9 осуществляет запоминание пластической деформации нри изменении направления деформирования; усилитель 8 с нелинейным функциональным элементом 12 воспроизводит функцию, определяющую деформационное упрочнение; усилитель 4 с нелинейным элементом 18 и дифференцирующий усилитель 5 формируют функцию, воспроизводящую скоростное упрочнение в области пластических деформаций; резисторно-диодно-емкостная связь 1б — 17—
10, охватывающая усилитель 5, моделирует явление релаксации напряжений; дифференцирующий усилитель б воспроизводит скоростное упрочнение в области упругих деформаций и, наконец, суммирующий усилитель 7 воспроизводит усилие (напряжение) деформирования среды.
Работает устройство следующим образом.
Если на вход подается возрастающее во времени напряжение, пропорциональное деформации среды а, то до тех пор, пока оно не превысит напряжения отпирания ключ" 8, т. е. до тех пор, пока не будет достигнута деформация, соответствующая пределу текучести моделируемого материала, проводят цепи усилителей 1 и б. На выходе усилителя 1 устанавливается напряжение, являющееся аналогом силы, соответствующей данной упругой деформации а, а .на выходе усилителя б — напряжение, соответствующее скорости деформирования. Следовательно, в эту фазу усилие P на выходе устройства формируется, как сумма напряжений, пропорциональных величине и скорости упругой деформации среды.
Как только входное напряжение превысит напря>кение отпирания ключа 8 (будет превзойдена деформация, соответствующая моменту наступления пластического течения), в работу включатся цепи, воспроизводящие деформационное (усилители 2 и 8) и скоростное (усилители 4 и 5) упрочнение в области пластических деформаций, В зависимости от скорости нарастания пластической деформации заряжается конденсатор в цепи обратной связи усилителя 5. После прекращения нагружения конденсатор разряжается через резисторы. При этом уменьшается напряжение на выходе усилителя 5, а следовательно, уменьшается и усилие деформирования P.
Соотношение резисторов в цепи обратной связи усилителя 5 выбирается таким образом, чтобы постоянная времени разряда соответствовала постоянной времени релаксации моделируемого материала и превышала бы посто5
20 г5
З0
40 янную зарядной цепи. При разгрузке устройства на усилителе 2 запоминается напря>кение, соответствующее пластической (остаточной) деформации среды.
Закон изменения усилия деформирования в эой фазе определяется характером изменения напряжения на усилителях 1 и б, т. е. упругими характеристиками материала. Однако кривая упругой разгрузки в общем случае отлична от кривой упругого нагружения, поскольку она формируется путем вычитания из последней максимального значения усилия, пропорционального пластической деформации, зафиксированной на усилителе 2 при изменении направления деформирования.
В случае повторного нагру>кения усилием одного знака пластическое течение (включение каналов 18 и 19) наступает при входном напряжении, превышающем напряжение, достигнутое в предыдущем нагру>кении (напрял<ение, зафиксированное на усилителе 2), т. е. пластическая деформация возникает тогда, когда усилие повторного нагружения превысит усилие, достигнутое в предыдущем нагрул<ении. Имеет место деформационное упрочнение среды.
При повторном нагружении усилием другого знака момент включения цепи формирования пластической деформации определяется разностью напрял<ения, зафиксированного в элементе памяти (на усилителе 2), и напря>кения, соответствующего ширине зоны нечувствительности. С помощью потенциометра 15 настраивается такая ширина зоны, при которой включение каналов 18 и 19 наступает при входном напряжении, меньшем, чем в предыдущем нагружении. Оно позволяет воспроизводить на модели эффект Баушингера — снижение предела текучести при изменении знака нагру>кения.
Предмет изобретения
Устройство для электрического моделирования упруго-пластической среды, содержащее операционные усилители, неуправляемые диодные ключи и нелинейные функциональные блоки, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности вычислений, на вход суммирующего усилителя подключены два функциональных нелинейных блока, последовательно с одним из которых подключены элемент «зона нечувствительности» и операционный усилитель с емкостным входом и емкостной обратной связью, а параллельно этому функциональному блоку включен третий функциональный блок и последовательно соединенный с ним дифференцирующий операционный усилитель, в обратной связи которого параллельно сопротивлению включены последовательно соединенные конденсатор и диод, зашунтированный резистором.
221398
Составитель Е. В. Тимохина
Редактор М, И. Андреева Техред P. М. Новикова
Корректор О. Б. Тюрина
Типографии, пр. Сапунова, 2
Заказ 2700/14 Тираж .530 Подписи е одписиое
1ИИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, Центр, пр. Серова, д. 4
