Устройство для моделирования узла рамы

,И . и" ф,Я Союз СоветскихСоциалистических Республик ИЗОБРЕ ИДЕТЕЛЬСТ ВТОР СКОМУ(22) 3 75 ено 18.0 исоединением заявки асударствеииый комитетСовета Мииистров СССРоа делам иаабретеиийи открытий(54) УСТРОЙС М Устройство относится к аналоговой тнике. Известно ст ойство ля мо ели ова У Р д д р ния изгибаемого стержня, содержащее резисторы и инверторы 11. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования линейно упругого шарнирного узла рамы, содержащее блоки моделирования коэффициентов упругости узла, ключи, блок программного управления, источники тока, источники напряжения, удвоители напряжения и инверторы 2. Однако известные устройства моделируют только линейную величину податливости упругого шарнирного узла. В действительности, особенно в железобетонных сборных рамах, величина податливости упругого узла рамы является переменной, нелинейной. При этом момент, действующий на узел, вначале растет, а затем падает до нуля.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, В предлагаемом устройстве это достигается тем, что в нем первый вход устройства через последовательно соединенные первый ключ и первый источник тока подключен к шине нулевого потенциала и через последовательно соединенные первый, второй и третий блоки моделирования коэффициентов упругости узла соединен со вторым входом устройства,ЛИРОВАНИЯ УЗЛА РАМЪ которыи через последовательно соединенные второй ключ и второй источник тока подключен к шине нулевого потенциала, первый вход устройства через последовательно сое диненные первый удвоитель напряжения, первый инвертор и четвертый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу третьего ключа, выход которого соединен с первым входом устройства, вто рой вход устройства через последовательносоединенные второй удвоитель напряжения, второй инвертор и пятый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу четвертого ключа, выход которого сое 1 д динен со вторым входом устройства, выходпервого удвоителя напряжения через шестой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входом четвертого ключа, который через третий источник тока сое 2 д динен с шиной нулевого потенциала, выходвторого удвоителя напряжения через седьмой блок моделирования коэффициентов упругости узла соединен со входом третьего ключа, который через четвертый источник тока сое динен с шиной нулевого потенциала, выходпервого инвертора подключен к первому входу блока программного управления, второй вход которого соединен с выходом второго удвоитсля напряжения, третий вход - через 33 истовик напряжения соединен с шиной ну 561975левого потенциала, а четвертый входчерез последовательно соединенные пятый ключ и источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельно первому блоку моделирования коэффициентов упругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов упругости узла, причем управляющие входы лервого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока лрограммного управления, а управляющие входы третьего, четвертого и шетого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления.На фиг. 1 показан нелинейно податливый шарнирный узел, соединяющий ригель рамы со стойками; на фиг. 2 - график реальной зависимости изгибающего момента .в узле от угла раскрытия нелинейно упругого шарнира; на фиг. 3 - схема предлагаемого устройства.Предлагаемое устройство содержит блоки моделирования коэффициентов упругости 1 -узла, где блок 1 выполнен в виде проводимости дз, блок 2 - проводимости дг, блок 3 - проводимости дь блоки 4 и 5 - проводимости З,о, блоки 6 и 7 - проводимости д; источники тока 8 - 11, где блоки 8 и 11 выполнены в виде источников тока 1 ь а блоки 9 и 10 - источников тока 1; блок программного управления 12, к выходу которого подключено реле 13; удвоители напряжения 14 и 15 и инверторы 16 и 17, для которых сойо Роответственно =2, = 1, где Р, - сопротивление орбатной связи удвоителей напряжения и инверторов, а Р и Р - входные сопротивления соответственно удвоителей напряжения и инверторов; реле 18 - 20 блока программного управления 12; источники напряжения 21 и 22; ключи 23 - 28 реле 18; ключи 29 - 32 реле 20; ключи 33 - 35 реле 13; ключи 36 и 37 реле 19.При моделировании реальной системы, содержащей нелинейно податливые узлы, объект моделирования разбивается на отдельные участки; стержни и упругие узлы (см. фиг. 1). Для каждого отдельного участка объекта предназначено известное устройство для моделирования изгибаемого стержня. Модели отдельных участков соединяются по геометрической схеме моделируемой системы для реализации уравнений равновесия в узлах. Узлы рамных каркасов (особенно из сборного железобетона) часто нельзя считать абсолютно жесткими. Реальные условия работы узла соответствуют наличию в узле некоторого упругого шарнирного соединения (см. фиг. 1), где а - угол раскрытия шарнира,- угол поворота стоек рамы, О - угол поворота ригеля рамы.а=у - 9 (1)На фиг. 2 .показана экспериментально полученная зависимость изгибающего момента в узле от угла раскрытия шарнира. Действи тельная криволинейная диаграмма работы узла может быть аппроксимирована участками прямой, как это сделано на фиг. 2. Податливость узла при его работе на участке 1 определяется коэффициентом С, жесткости узла. м мСср(2) М = Сс о; на основании уравнения (1) 10 М: С,(-Е), (3) где М - изгибающий момент в рассматриваемом сечении.При работе узла на участке 11 его жесткость определяется коэффициентом Сп=1 де. Тогда момент М в узле равен М=хСп+Мт. е. М= Сп(у - И)+М, (4)20Для участка 111 (см. фиг. 2)М=М, - , Ь=(. - т)1 ДТ =( - .,) Си 25(мт м) Сш- и (У - )+мт(п + сш - м 1 ц)зэ (6) Уравнения (3), (4) и (6) характеризуютразличные условия работы улругого шарнира.40Предлагаемое устройство (см. фиг. 3) служит для моделирования этих уравнений, Устройство является переключаемым и имеет трификсированных состояния.Первое состояние, когда реле 18 и 20 не 45сработали, характеризуется следующимиуравнениями электрического тока7 А д,Ц. - Я,Цн, 1 в . - Ы,У,+ЦдУе (7) Состояние, определяемое уравнениями (7),имеет место тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входе блока программного управления 12 меньше, чем величина источника напряжения 21, равного 2 Е, Если это суммарное напряжение превосходит величину источника напряжения 21, то срабатывает реле 13, которое через ключ 33 выключает реле 18. Реле 18 через ключ 26 самоблокируется и через ключ 23 подключает к устройству блок моделирования коэффициентов упругости 2 и источники тока 8 и 11, а также через ключ 28 - источник напряжения 2, равный 2 Е. Тогда суммарное напряжение на первом и,втором входах блока программного управления 12 становится меньше, чем напряг 5 жение (2 Е,+2 Е,) и реле 13 отключается. Этосостояние опр".деляет уравнения электрического тока1 Кдг У Лдг У +1 а+югК +Дг 1 д 1 Кг УКЯг У, 1 (8)К 1 +Дг Ю 1+ ЯгПервый раз реле 13 срабатывает кратковременно, включив на самоблокиповку реле 18, ключ 27 которого, включенный в цепь питания реле 19, подготавливает к включению реле 19. Реле 19 включается, после отключения реле 13, и ключом 36 самоблокируется. Ключ в цепи питания реле 20 подготавливает реле 20 к срабатыванию при следующем, втором включении реле 13. Второе включение реле 13 происходит тогда, когда суммарное напряжение на первом и втором входах блока программного управления 12 ппевосходит величину, равцчю (2 Е+2 Е,), При включении ключа 35 срабатывает реле 20, которое поопедством ключей 29, 30 и 31 вкллочает блоки моделирования коэффициентов упругости узла 4 - 7 и источники тока 9 и 10. Заменяя последовательно соединенные проводимости дь дг и дз блоков моделирования коэффициентов упругости 1 - 3 узла одной эквивалентной проводимостью д получаемК 1 СгЮз(9)газ+ газ+ аК.Тогда уравнения электрического тока имеют вид1 А = АУ - дУ. - 3 д 2 У.+д 2 Уз+1,+11 в = - ДУ., + 5 дУ+ д 2 У.," - Зд.2 У - "или1 А -- дУср+ ЯУв+ 1 г+ 11 в -- ДУ,г - ФА - 1 г - 11Из сравнения уравнений (3), (4), (7), (8),561975 6Таким образом, видно, что устройство (см, фиг. 3) содержит в себе полную информацию о трех состояниях упругого узла (см. фиг. 2, диаграммы участков 1 - 1 П). Автоматический переход с участка 1 диаграммы на участок П и с участка 11 на участок 111 осуществляет блок программного управления 12, на входы которого подаются напряжения 20. и 2 У, разность которых (2 У - 20 ) сравнивается с величиной источника напряжения 21, равного 2 Еь или с суммой источников напряжения 21 и 22 (2 Е, - 2 Е.), При этомЕ, = уи аЕ=;и (ч - я,) (12)Предлагаемое устройство предназначено для моделирования сложной конструктивно нелинейной задачи строительной механики, когда заранее неизвестна рабочая расчетная схема сооружения. Если число нелинейно упругих узлов рамы равно л, то число вариантов расчетных схем сооружения равно 3". Устройство позволяет автоматически для каждого узла находить тот участок диаграммы работы узла, который соответствует характеру его деформации, что расширяет его функциональные возможности. Устройство для моделирования узла рамы, содержащее блоки моделирования коэффициентов упругости узла, ключи, блок программного управления, источники тока, источник напряжения, удвоители напряжения ц инверторы, отлпчающссся тем, что, с цсльо расшцп ения функциональных возможностей устройства, в нсм первый вход устройства через последовательно соединенные первый ключ и первый источник тока подключен к шине нулевого потенциала и чсрез последовательно соединснцые первый, второй и третий блоки моделирования коэфпциентов упругости узла соединен со вторым входом устройства, который через последовательно соединенные второй ключ и второй источник тока подключен к шине нулевого потенциала, первый вход устройства через последовательно соединенные первый удвоитель напряжения, первый инвертор и четвертый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу третьего ключа, выход которого соединен с первым входом устройства, второй вход устройства через последовательно соединенные второй удвоитель напряжения, второй цнвертор и пятый блок моделирования коэффициентов упругости узла подключен ко входу четвертого ключа, выход которого соедпцец со вторым входом устройства, выход первого удвоцтеля напряжения через шестой блок моделирования коэффициентов упругости узла соедлцен со входом четвертого ключа, который через третий источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, выход второго удвоителя напэяжения через седьмой блок жчеллрованпя коэффиц 1 лснтов упруго 30 35 40 45 50 55 60 65 5 10 05 20 25 Формула изобретениясти узла соединен со входом третьего ключа, который через четвертый источник тока соединен с шиной нулевого потенциала, выход первого инвертора,подключен к первому входу блока программного управления, второй вход которого соединен с выходом второго удвоителя напряжения, третий вход - через источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, а четвертый вход - через последовательно соединенные пятый ключ и источник напряжения соединен с шиной нулевого потенциала, шестой ключ подключен параллельно первому блоку моделирования коэффициетов упругости узла, седьмой ключ подключен параллельно второму блоку моделирования коэффициентов упругости узла, причем управляющие входы первого, второго, пятого и седьмого ключей подключены к первому выходу блока программного управления,а управляюпьие входы третьего, четвертого ишестого ключей подключены ко второму выходу блока программного управления,Источники информации, принятые во вни 5 . нне нри экспертизе1. Семинар-методы математического моделирования и теория электрических цепей.О. Н. Токарева (доклад), Электронное моделирование пространственных ортогональных10 рам на сплошном упругом основании. Киев,Общество Знание, 1964, с. 11.2. Туровский Л. И. и 10 супов Ф, Ш. Способучета упругой деформативности узлов прирасчете рамных систем методом электрическо 15 го моделирования, В сб. Проектирование,строительство и эксплуатация магистральныхгазонефтепроводов и нефтебаз. Уфа, Уфимский нефтяной институт, 1968, выпуск П,стр, б 5,561975 Раг Заказ 1536/15ЦН Изд, Мо 527И Государственного к по делам изобр 113035; Москва, ЖТираж 815омитета Совета Министровтений и открытийРаушская наб д, 4/5 ПодписноеСР ипотрафия, пр. Сапунова, 2 Составитель И. ЧичерюкинаРедактор Л. Тюрина Техред Л, Денискина Корректор Е, Хмеле