Устройство для моделирования пространственных контактных задач

Республик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ б 1) Дополнительное к авт, свид-ву22) Заявлено 19.05,75 (21) 2135888/24 51) М. КлР б 06 С заявкис присоединениПриоритет Госуларственный комите Совета Министров ССС по левам изобретений) Авторы изобретеци Г, П, Тариков и Н, М. Бородачев лорусский институт инженеров железнодорожного транспор71) Заявител 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РОСТРАНСТВЕННЫХ КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ Изобретениелительной теля моделировых задач.Известно уселированияадач, основанлитической ва ектрического моых контактных овании электрооиство для э ространстве ое на испол ны 11,ство позволяет решать конлько для штампов с плодавливаемых в упругое поод действием центрально Известное устро тактные задачи т ским основанием,лупространство приложенной сил Цель изобретен шаемых задач. Это достигается моделирования пр задач введен расп ченный к генерат токопроводящий эя - расширение класса ретем, что в устроиство для остр анственных контактных ределитель, входом подклюору переменной частоты, а лемент выполнен в виде наотносится к аналоговои вычи хнике и может быть применен ания пространственных контакт Известное устройство отличается повышенной сложностью.Наиболее близким по технической сущности к рассматриваемому является устройство для моделирования пространственных контактных задач, содержащее генератор переменной частоты, токопроводящий элемент, над которым установлен зонд, подключенный к индикатору 21,бора пластин, каждая из которых подсоединена к выходу распределителя.В предложенном устройстве применен генератор переменной частоты в связи с тем, что при электрическом моделировании пространственных контактных задач используется квазнстационарное (достаточно медленно изменяющееся во времени) электрическое поле.На фиг. 1 представлена блок-схема устрой ства; на фиг. 2 - токопроводящий элемент.Устройство содержит генератор 1 переменной частоты - источник электрического напряжения, распределитель 2, предназначенный для регулировки и контроля величины элек трических напряжений, подаваемых от его выхода к пластинам токопроводящего элемента, токопроводящий элемент 3, служащий для моделирования площадки контакта, расположенный на координатном столике, зонд 4 для по строения эквипотенциальных линий электрического поля элемента, которые используются для определения плотности электрических зарядов на поверхности токопроводящего элемента; зонд имеет вертикальное перемещение.25 Для определения расстояния между зондом ипластиной предусмотрен индикатор часового типа, индикатор 5 служит для определения разности потенциалов между зондом и токо- проводящим элементом, в качестве индпкато ра применен вольтметр.Вертикальное перемещение (осадка) ы штампа с плоским основанием (имеющего в плане форму Л) можно определить по формуле (1)1 - гг( я (, т) сй гсй гкЕ .1,) )l (х - :)г + (у - )ггде- коэффициент Пуассона;Е - модуль упругости первого ряда;р(х, у) - реактивное давление под штампом.Потенциал ф токопроводящей пластины, имеющий также форму Л, определяется по формуле1 ( ( а(;-, 1) Ы 14 Кгг,),) )г(х - ) -1- (у - ) ггде Ко в диэлектрическая постоянная;е - диэлектрический коэффициент среды; ч(х. у) - распределение заряда по пластине.Подобие уравнений (1) и (2) позволяет задачи об определении осадки штампа и реактивного давления под ним заменить задачами об определении плотности заряда на поверхности токопроводящего элемента и его потенциала. Таким образом, задавая какой-либо потенциал пластины (в принятом масштабе), тем самым моделируют осадку штампа. Плотность заряда в различных точках токопроводящей пластины или элемента моделирует реактивное давление в соответствующих точках площади контакта.На пластины токопроводящего элемента, имеющего форму площадки контакта в плане, подаются электрические напряжения, моделирующие осадку соответствующих точек основания штампа. При этом частота электрических напряжений должна обеспечивать создание квазистационарного поля токопроводящего элемента. С помощью зонда строятся эквипотенциальные линии электрического поля токо- проводящего элемента. Определяется плотность заряда в исследуемых точках поверхности токопроводящего элементад(х, у) = (з)4 кУ(х,у) - Уг(х, у) =Игде Е - напряженность электрического поля;У(х, у) - потенциал токопроводящего элемента в точке с координатами(ху у),Уг - потенциал эквипотенциальных линий;д - расстояние между пластиной и эквипотенциальной линией.Находится значение реактивного давления р(х, у) в соответствующих точках площади контактар(х, у) =Т д(, у), (4) где у - масштабный коэффициент, определяемый по формуле (4) при экспериментальном и теоретическом решении задачи для штампа круговой формы в плане.При наклоне штампа все точки его основания перемещаются на различную величину.Поэтому для моделирования угла наклона штампа необходимо на каждую пластину токо- проводящего элемента подать электрическое напряжение, моделирующее соответствующее перемещение рассматриваемой точки основа ния штампа. Если основание штампа плоское,то изменение напряжений, подаваемых на пластины токопроводящего элемента, происходит по линейному закону.Взявр(х, у)дР, можно определить (в принятом масштабе) величину силы р, действующей на штамп, и затем установить на основе экспериментальных данных зависимость между силой р и осадкой штампа. Получена сле дующая эмпирическая формула для определения осадок штампов сложной формы:( о)И: Р.ФЕа25 где а - коэффициент, зависящий от формыоснования штампа;- коэффициент Пуассона;Е - модуль упругости первого ряда;а - характерный размер основания штампа.Зная закон распределения реактивного давления под наклонным штампом, можно просто определить изгибающий момент (в принятом масштабе), действующий на штамп, и заЗ 5 тем установить зависимость между моментом,действующим на штамп, и его углы наклона, Получена следующая эмпирическая формула для определения угла наклонаштампа: 40щ (1 - о)29=Т3Еоаггде у - коэффициент, зависящий от формыоснования штампа;т - момент, действующий,на штамп.45 Таким образом, с помощью предлагаемогоэлектромоделирующего устройства можно определять реактивное давление под штампом, его осадку и крен как при действии на штамп центрально, так и внецентренно приложенной 50 силы, Все это представляет известный интерескак в строительстве, так и в машиностроении.Решение пространственных контактных задач для штампов произвольной формы с помощью электрического моделирования позво ляет исследовать значительное количество задач в машиностроении (при расчете подшипников, конических и зубчатых передач и т. д,) и в строительстве (при расчете фундаментов).Такие исследования дают возможность выби рать оптимальные формы контактируемых тем,что приведет к уменьшению расхода металлов и строительных материалов, к увеличению прочности, долговечности и надежности работы различных машин и механизмов, а также 65 инженерных сооружений.570905 Формула изобретения 5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Сборник Сопротивление материалов итеория сооружений, вып. Х 1, Киев, 1970, с, 47.2. Авторское свидетельство СССР434426,10 кл, 6 066 7(48, 1973. Составитель И. Загорбининаактор И, Грузова Техред Е. Хмелева Корректор Е. Хмелева Тираж 818 овета Министрои открытийшская наб., д. 4/5 Заказ 1942/1 О Изд,711 НПО Государственного комитет по делам изобретен 113035, Москва, Ж.35, РПодписноССР пография, пр. Сапунова, 2 Устройство для моделирования пространственных контактных задач, содержащее генератор переменной частоты, токопроводящий элемент, над которым установлен зонд, подключенный к индикатору, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, в него введен распределитель, входом подключенный к генератору переменной частоты,а токопроводящий элемент выполнен в виде набора пластин, каждая из которых подключена к выходу распределителя,