Гидравлическое моделирующее устройство

ОП ИСАН ,Е ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз Советскии Социалистицеских Республик(51) М. К С,06 6.5 Ю присоединением заявкиасударстеенный комит Совета Министров ССС оо делам нэооретенийи открытий3) Опубликовано 05,07,77.Бюллетень5) Дата опубликования описания 18.0(71) Заявите СТРОЙСТВО ОДЕЛ ИРУ ЮШЕ 4 ГИДРАВЛИЧЕС лироввниямвций ко Изобретение относится к области гидрввлических аналоговых вычислительныхустройств и применяется для моделирования деформации конструкций, Существуетширокий класс задач, квсвюшихся определения внутренних деформаций и напряженийв линейных элементах, когда ловоротв сечения не происходитт т, е. когда эпюрввнутренних напряжений осесимметричнв.К ним относятся оттределение усвдочныхи температурных напряжений в бетонныхи железобетонных брусках, мостовых опорвх и других конструкциях при симметричном темпервтурном или усвдочном воздействии, определение температурных напряжений в стальном элементе при наличиисвврного швв по оси симметрии элементаи ряд других задач. Важной особенностьюэтих задач является необходимость учетане только упругих деформаций и напряжений,но и пластических, возможности появления трещин, причем с учетом переменногомодуля упругости, пределв текучести, коэффициента линейного расширения и другихпврвметров,Известно устройство для модунвпряженного состояния и дефорструк ций,Устройство состоит из нескольких мехаб низмов, закрепленных в общей раме, расположенных пврвллельно один другому иобъединенных соединительным, стержнем,который обеспечивает совместность ихработы, Такие механизмы могут моделиро-О вать деформации и напряжения элементв любой длины, сечения с любыми упруго-плвстическими характеристиками материала. Интегрвтор моделирует продольные деформации и напряжения сппошного пинейногоэпемеитапричем каждый механизм моделирует средниедеформации и напряжения определенной части поперечного сечения элемента конструкции, Совместимость деформаций всех еле.ментов обеспечивается соединительныйО,стержнем 1Для решения ряда звдвч требуется энемчительнвя дробность разбивки рвсчетной30 ны нв блОки) что ведет к увеличениючисла блоков, В интеграторе каждый блок5 моделируется отдельным механизмом. Од нвко механическая система исчерпываетсвои возможности при небольшом числе механизмов, В некоторых задачах, напримерпри исследовании термической правки выгиба оси линейных элементов, такое количество механизмов вполне достаточно, нов ряде сл чаев, например, при исследовании термонапряженного состояния в зонесварного шва, може потребоваться значительно большее число механизмов. 1 ОНедостатки механической системы вызвали необходимость поиска другой системыкоторую можно было бы использовать длямоделирования деформаций и напряжений вукаэанном .выше классе задач, Такой системой является гидравлический интегратор,Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидравличес.кое моделиру ощее устройство, содержащеепрозрачные сосуды с жидкостью, подключен 21ные через вентнли к первому и второмутрубопроводам, и напорный и сливной баки 2,Однако класс задач, решаемых такимиинтеГраторами:очень узок, так квк с помощь.о интегратора нельзя моделироватьпроцессы измененич температурных напряжений в сечениях конструкций,При расчете процесса теплопередачи методом гидравлических анал гий на гидрав - 30лическом интеграторе пространство рассматривается дискретно, а время непрерывно,Аналогом теплопередачи в гидравлическоминтеграторе является процесс протекания воды, аналогами основных параметров тепло 35передачи, теплоемкости блока и термического сопротивления между блоками являются соответственно площади поперечных сечений сосудов и т, д,При конструкции интегратора, обеспечива 0ющей возможность разбивки сечения на большее число блоков с обеспечением надежности их работы, можно расширить областьмоделируемых объек:ов, чо является цельюизобретения,45Эта цель достигается тем, что в предложенном устройстве установлены дополнительный сосуд, водомерные блоки, вентилии третий и четвертый трубопроводы, к которым через вентили подключен дополнительный сосудк с площадью поперечногосечения У = Е Г ( где- пло, Ущадь сечения- го прозрачного сосуда,-числопрозрачных сосудов), а трубопроводы через водомерные блоки соединены с напорным и сливны.:. баками,При этом роль устройств для моделирования деформаций и напряжений отдельных элементов играют прозрачные сосуды с жидкостью, соединенные с помощью первого и второго трубопроводов и вентилей с напорным и сливным баками, для моделирования соединительной системы с помощью третьего и четвертого трубопроводов подключен дополнительный сосуд с площадьюпоперечного сечения, равной сумме площадей поперечных сечений остальных прозрачных сосудов, Совместность работы автономных гидравлических систем обеспечивается водомерными блоками, включенными в каждый трубопровод у напорного и выпускного баков.На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг, 2 - элемент стального сечения, деформации которого моделируются предлагаемым устройством; на фиг. 3 - начальное состояние рассчитываемого сечения и результаты расчета деформаций и напряжений в нем; на фиг. 4 - положение уровней в сосудах устройства в процессе моделирования деформаций и напряжений,Предлагаемое устройство состоит из рамы 1, нескольких устройств для моделирования деформаций и напряжений отдельных элементов и соединительной системы.Устройство для моделирования деформаций и напряжений отдельных элементов содержит прозрачный открытый сверху сосуд 2 (их число может быть различным в зависимости от конкретных расчетов), соединенный вентилем 3 с впускными трубопроводами 4, который через водомерный блок 5 и вентиль 6 соединен с напорным баком 7.Вентилями 8, выпускными трубопроводами 9 через водомерный блок 10 и вентилями 11 сосуды 2 соединены сосливнымбаком 12. Соединительная гидравлическая системасостоит из вертикального прозрачного дополнительного сосуда 1 3 с площадью поперечкного сечения У-Хгде- площадьсечения-го прозрачного сосуда, Сосуд13 так же как и прозрачный сосуд 2, спомощью вентиля 3, трубопровода 4, водомерного блока 5 и вентиля 6 соединен снапорным баком 7, а с помощью вентиля8, трубопровода 9, водомерного блока 10 ивентиля 11 со сливным баком 12. Площадипоперечных сечений сосудов 2 в зависимости от решаемых задач могут изменяться с помощью вкладышей, представляющихсобой бруски длиной, равной высоте прозрачных сосудов и имеющих определеннуюплощадь поперечного сечения,Устройство может моделировать продольные деформации и напряжения сплошного линейного элемента, причем каждый сосуд 2моделирует средние деформации и напряжения определенной части поперечного сечения элемента конструкции квк в упругой,30 40 8Вьфгде И - изменение уровня жидкости всосуде, мм;8 - деформация элемента в натуре,мм.Величина й 6 в данном случае безразмерна. Масштаб напряжений лт равен отношению напряжения в элементе конструк- ции к соответствующему ему изменению чровня жидкости в прозри шом сосуде;б 6/Р Е б Е Едв, р "Я (кг/см мм) 5так и в пластической стадии работы материала,Ниже приводится решение на устройствепримера применительно к термической правке конструкций. 5Термическая правка элементов производится для исправления искажений их геометрической формы, возникающих при нвложениисварных швов, Для исправления этого искаженияонагревают до 700-900 С определенные 10участки элемента. В результате происходящих в процессе нагрева и остывания пластических деформаций элемент получает остаточные деформации, и происходит его выравнивание, При определении размера нагреваемых участков, их числа и местоположениядля ликвидации искажений в каждом конкретном случае можно использовать предлагаемое устройство,Задача приведенного примера заключается 20в следующем: необходимо провести моделирование деформаций при одностороннем нагреве по оси широкого стального листа дляопределения продольных нормальных напряжений в его поперечном сечении. Нагревпроизводится по всей длине листа, Вырежемиз листа вдоль оси элемент длиной(фиг,2),Учитывая симметричность поперечногосечения, элемента, рассматриваем по ширине только его половину и разбиваем ееэ 6 одинаковых участков, Считаем температуру в центрах блоков и расчетныймомент времени известной, Предполагаем,что сечения элемента при деформацияхлиста остаются плоскими, т, е, считаемсправедливой гипотезу плоских сечений",Прежде чем приступить к моделированию,назначают масштабы моделирования внеш-.них воздействий, деформаций и размеровсечения,Масштабы выбирают в следующей последовательности,Масштаб деформаций и равен отношениювеличины деформации элементов в натурек соответствующему ей изменению уровня45жидкости в соответствующем прозрачномсосуде где 4 - напряжение в элементе конструкции, кг/см;И - соответствующая ему разница уровней жидкости в прозрачном сосуде, мм;Е - модуль упругости материаласконструкции, кг/см;г. - длина элемента конструкции, мм,Масштаб площадей поперечного сечения элементов равен отношению площади попереч. речного сечения элемента констукции к площади и оперечного сечения соответствующего этому элементу прозрачного сосудагде 5 - площадь поперечногосечения элемента конструкции, см;1 - площадь поперечного сечения соответствующего ему прозрачного сосуда,2см.Величина щ в данном случае безразмербна, Масштаб температуре равен отношению температ/ры элемента конструкции к соответствующему ей изменению уровня жидкости в соответствующем прозрачном сосуде;- / (град/мм)где- температура элемента конструкции, град;И - соответствующая ей разницауровней жидкости в прозрачном сосуде, мм,В устройстве каждый учасгок поперечного сечения моделируется одним из сосудов 2, Дополнительный сосуд 13, равный поплощади поперечного сечения сумме площадей поперечных сечений сосудов 2, моделирует все поперечное сечение рассматриваемого элемента, Моделируем с помощью вкладышей поперечные сечения сосудов 2 согласно масштабу,Открывая поочередно вентили 3, устанавливаем одинаковый уровень жидкости О вовсех сосудах 2 и закрываем вентили. После этого, открыв вентили 6, устанавливаемодинаковый уровень жидкости д в верхнихводомерных блоках 5, Затем открываемкрайний левый вентиль 3, приливаем в левый прозрачный сосуд 2 жидкость до уровня Ь (фцг, 4), Разница уровней Ь-О моделирует согласно масштабу едеформацииэлемента сечения (см. фиг. 3), Звкрыва"ем вентиль 3 и отмечаем новый уровеньжидкости т в верхнем водомерном блоке 5,Затем открываем вентиль 3 соединительнойсистемы и вливаем в дополнительный сосуд13 жидкость, пока уровень жидкости вовтором верхнем водомерном блоке 5 несравняется с уровнем Г в первом блоке 5.Закрыв вентиль .3, отмечают новый уро 564639вень жидкости с в сосуде 13.Разница уровнейжидкости с. а в сосуде 1 3 соответствует величине продольных деформаций всего сечения;разница уровня жидкости в левом сосуде2 и сосуде 13 Ь-с- величине продольныхупругих сжимающих деформаций первогоучастка, разница уровня жидкости во второмслева сосуде 2 и сосуде 1 3 д - С - величине продольных упругих растягивающих деформаций второго участка и т, д,10Если разница уровней Ь- с превышает предел текучести материала, то, открыв соответствующий вентиль 8, сливаем иэ левогососуда 2 жидкость, пока эта разница будетсоответствовать величине предела упругости материала,-а затем;,открыв вентиль 8нод сосудом 13, сливаем иэ него такое жеколичество жидкости, что достигается выравнением новых уровней в нижних водомерных блоках 10, Затем подсчитываем 26деформации, отсчитывая разницу уровней отнового уровни сосуда 13,Предложенное гидравлическое устройствозиачительно расширяет круг решаемых задач,цавая возможность определять температуриые напряжения, когда поворот сеченияотсутствует. На нем с высокой точностьюмогут быть определены, например, напряжения и деформации в зоне сварного шва сучетом измерения в процессе нагрева и ос- ЗОтывани свойств металла. Значительный эффект получен сочетанием укаэанных, аналоговых методов, позволяющих оперативно и надежно решать широкий круг задач с ЭВМ,которые позволяют автоматизировать расчеты отдельных задач, требующих анализабольшего числа вариантов,формула изобретенияГидравлическое моделирующее устройство,содержащее прозрачные сосуды с жидкостьюподключенные через вентили к первому ивторому трубопроводам, и напорный и сливной баки о т л и ч а ю щ.е е с я тем,что, с целью расширения области моделируемых объектов, в нем установлены дополнительный сосуд, водомерные блоки, вентилим третий и четвертый трубопроводы, к которым через вентили подключен дополнительный сосуд с площадью поперечного сеченияУ. 1 где Х - площадь сечения 1 -го проз 4 Ф (,. 1рачного сосуда, К - число прозрачных сосудов, а трубопроводы через водомерныеблоки соединены с напорным и сливнымбаками,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Авторское свидетельство СССР М 377817 Ст 06 С/00, 19652,Авторское свйдетельство СССР % 42112, (06 С 5/00, 1935,