Устройство для моделирования изгибных колебаний стержней

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИЗОБР ОПИСАН ЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССРР 1105911, кл, 6 06 6 7/68, 1981.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯИЗГИБНЫХ КОЛЕБАНИЙ. СТЕРЖНЕЙ(57) Изобретение относится к аналоговойвычислительной технике и может быть использовано при моделировании колебаниймеханических устройств. расчетная схемакоторых сводится к стержневым системам,и является усовершенствованием устройства по авт,св, М 1105911. Цель изобретения- повышение точности. устройство позволяИзобретение относится к аналоговой вычислительной технике, может быть использовано при моделировании колебаний механических устройств, расчетная схема. которых может быть сведена к стержневым системам, и является усовершенствованием устройства по авт. св. Р 1105911.Цель изобретения - повышение точности.На фиг. 1 дана структурная схема уст- . ройства, на фиг. 2 - функциональная схема блока моделирования дискретной иэгибной жесткости.Устройство содержит блоки 1 моделирования дискретной массы, блоки 2 моделирования дискретной изгибной жесткости, блок 3 задания начальных условий, блок 4 задания граничных условий. Каждый блок 2 мо 5 Ы 1675912 А ет достигнуть полного подобия моделируемой системы и модели как по частотам, так и по демпфированию даже при произвольном распределении упруго-массо-демпфирующих параметров вдоль стержня, Для этого устройство имеет блоки моделирования дискретной иэгибной жесткости с учетом демпфирования, блоки моделирования дискретной массы, блоки задания начальных условий и блоки задания граничных условий, Блоки моделирования дискретной изгибной жесткости и дискретной массы реализованы в виде восьмиполюсников, соединяются последовательно друг с другом и имеют органы установки коэффициентов моделирования по жесткости и по демпфированию, и коэффициентов моделирования по массе соответственно. 2 ил. делирования дискретной изгибной жесткости содержит дифференциальные усилители 5 - 8, первый масштабный резистор 9, переменный резистор 10, второй масштабный резистор 11, конденсатор 12, пятый дифференциальный усилитель 13, переменный масштабный резистор 14 и третий масштабный резистор 15.В статике устройство представляет из себя последовательное соединение блоков . 1 (элементов-аналогов) моделирования дискретных масс и блоков 2 моделирования дискретных изгибных жесткостей с учетом вязкого трения. Количество таких блоков в устройстве определяется расчетной схемой и зависит от требуемой точности моделирования, на которую определенным образом влияет число разбиений стержня и, следо 1675912вательно, число элементов-аналогов. При чем элемвнты-аналоги, представляющие иэ себя восьмиполюсники, соединяются так, что полюса П 1, П 8 соединяются последова.тельно, образуя в устройстве шину перемещений Уь на которой эамеряются напряжения - аналоги амплитуды поперечного перемещения (прогиба) 1 участка стер.жня,Аналогично последовательно соединяются полюса П 2 и П 7, образуя шину углов поворота р, полюса П 3 и П 6, образуя шину моментов М, полюса П 4 и П 5, образуя шину перереэывающих сил Оь В начале и в конце устройства включаются блок 3 задания начальных условий и блок 4 задания граничных условий, которые позволяют задавать , на каждый из перечисленных шин опреде, ленные напряжения-аналоги граничным иначальным условным в моделируемой расчетной схеме, В каждом блоке 1 моделирования дискретных масс входное напряжение в виде разности напряжений между полюсами П 4 и П 5 подается на дифференциальный усилитель с коэффициентом передачи, пропорциональным вели. чине приведенной массы в данном сечении моделируемой балки. Выход этого усилителя соединен через последовательно включенные интеграторы с шиной перемещений (она соединяет полюса П 1, П 8 блока 1), Таким образом, цепь из перечисленных соединений блока 1 моделирования масс является как бы цепью обратной связи для блока 2 моделирования дискретной жесткости от его выхода (шипа П 4, П 5) к входу (шина Уь полюса П 1, П 8), Таких соединений в устройстве имеется столько, сколько дискретных масс и жесткостей в расчетной схеме моделируемого стержня,Блок 3 начальных условий и блок 4 граничных условий представляют из себя набор переключателей (не показан), соединяющих каждую из четырех шин Уь р, Мь О либо с нулевой шиной, либо с источником напряжения-аналогом физической величины по этой шине, Это напряжение (нулевое или нет) характеризует начальные и граничные условия, аналогичные для конкретного случая заделки моделируемой балки.Устройство работает следующим образом. В одну иэ точек шины перемещений У блока 2 (фактически это один из полюсов П 1, П 8 блока 2) включают генератор переменного напряжения-аналог источника поперечныхколебаний балки (вибратора). В 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 зависимости от точки включения легче реализовывается та или иная формы колебаний, Напряжение между этой точкой и заземляющей шиной вызывает появление переменного напряжения на выходе усилителя 5 блока 2 и, следовательно, на входе и на выходе усилителя 6 этого же блока. Напряжение с усилителя 6 подается на вход усилителя 7 двумя параллельными путями.По первому пути оно непосредственно через масштабный резистор 9 подается сразу на инвертирующий вход усилителя, а по второму пути через резистор 11, конденсатор 12, усилитель 13 и третий масштабный резистор 15. На выходе усилителя 7 таким образом появляется разность напряжения с выхода усилителя 6 и напряжения, пропорционального первой производной от этого напряжения, Причем весовые коэффициенты этих напряжений при складывании задаются с помощью переменных резисторов, стоящих в целях обратных связей усилите- . лей 7 и 13. Напряжение с выхода усилителя 7 вызывает появление напряжения на выходе усилителя 8 и служит причиной появпения входного напряжения на входе блока 1 моделирования масс,Появление перечисленных напряжений на полюсах одного из блоков 2 заставляет изменяться потенциалы на всех остальных полюсах всех шин (Уь р, Мь Щ по всему устройству, Причем для разных частот генератора распределения потенциалов вдоль модели на шинах будет различным, Это распределение и характеризует норму колебаний стержня при вынужденном колебательном режиме, Если частота генератора совпадает с одной из собственных частот колебаний такой цепочечной схемы, то эа счет действия обратных связей, осуществляемых через соединения элемента-аналога массы, наблюдается увеличение амплитуды напряжения в некоторых точках модели (пучностях) и ослабление в других точках (узлах), Такое явление показывается пространственным резонансом (явление "стоячей волны" в электрических цепочечных схемах). Частота напряжения генератора при этом равна собственной частоте поперечных колебаний балки (частоты п тона колебаний), а распределение напряжений в точках П вдоль устройства характеризует форму изгибных колебаний этого тона. Таких частот и форм может быть несколько (первая форма, вторая и т.д.). Затем с помощью масштабных коэффициентов переводят эти напряжения в соответствующие механические величины.1675912 оставитель ехред М,Мо р С. Шевкун Редактор Н. Гунько Заказ 3005 Тираж 364 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формул а изобретения Устройство для моделирования изгибных колебаний стержней по авт. св, М 1105911, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, .с целью повышения точности, в каждый блок моделирования дискретн ых изгибных жесткостей введены два масштабных резистора, конденсатор, пятый дифференциальный усилитель, в цепь отрицательной обратной связи которого включен переменный масштабный резистор,причем выход второго дифференциального усилителя через последовательно соединенные второй масштабный резистор и конденсатор соединен с инвертирующим входом пятого усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к шине нулевого потенциале, выход пятого дифференциального усилителя через третий масштабный резистор соединен с неинвертирующим входом третьего дифференциального усилителя.