Устройство для моделирования упругого гистерезиса

Устройство для моделирования упругого гистерезиса

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Устройство позволяет моделировать петлю упругого гистерезиса и вычислять площадь моделируемой петли, которая определяет величину потерь механической энергии за цикл колебаний при циклических деформациях. Цель изобретения - повышение точности моделирования. Для этого в устройство дополнительно введен блок оценки потерь механической энергии, который состоит из двух перемножителей, ключей, интегратора, сумматора с запоминанием, аналогового запоминающего блока, триггера и схемы сравнения. Для управления работой блока оценки используются информационные и управляющие сигналы, получаемые с выходов блоков, моделирующих петлю гистерезиса, а также управляющий сигнал, образующийся на выходе схемы сравнения. По значению площади петли для тестового сигнала может производиться подстройка блоков устройства, что позволяет повысить точность моделирования петли упругого гистерезиса. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 06 G 7/48

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 966708 (21) 4680251/24 (22) 18.04.89 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (71) Куйбышевский авиационный институт им. С,П.Королева (72) В,А.Вьюжанин, E,È.Äàâûäîâ и А.К,Мартынов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1Ф 966708, кл. G 06 G 7/48, 1980, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ

УПРУГОГО ГИСТЕРЕЗИСА (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике. Устройство позволяет моделировать петлю yrtpyroro гистереэиса и вычислять площадь моделируемой петли, которая определяет величину потерь механической энергии эа цикл колебаний

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и может быть применено при решении на аналоговых вычислительных машинах задач динамики и прочности конструкций, Цель изобретения — повышение точности моделирования.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства для моделирования упругого гистерезиса; на фиг.2 — моделируемая петля гистерезиса; на фиг.3 — временная диаграмма работы цепей управления.

Устройство для моделирования упругого гистерезиса содержит операционный усилитель (ОУ) 1, ключи 2 — 4, масштабный резистор 5, интегрирующий конденсатор 6, блок 7 нелинейности, сумматор 8 с запоминанием, аналоговый запоминающий блок 9, масштабные резисторы 10 и 11, блок 12 фик. Ж 1674178 А2 при циклических деформациях. Цель изобретения — повышение точности моделирования. Для этого в устройство дополнительно введен блок оценки потерь механической энергии, который состоит из двух перемножителей, ключей, интегратора, сумматора с запоминанием, аналогового запоминающего блока, триггера и схемы сравнения, Для управления работой блока оценки используются информационные и управляющие сигналы, получаемые с выходов блоков, моделирующих петлю гистереэиса, а также управляющий сигнал, образующийся на выходе схемы сравнения, flo значению площади петли для тестового сигнала может производиться подстройка блоков устройства, что позволяет повысить точность моделирования петли упругого гистереэиса, 1 з.п.ф-лы, 3 ил. сации нуля, управляемый источник 13 напряжения, цепь 14 управления сумматором с запоминанием и элемент 15 задержки.

Сумматор 8 с запоминанием включает ОУ

16, конденсатор 17, масштабный резистор

18, ключ 19, два форсирующих звена 20 и 21, каждое из которых содержит параллельно включенные резистор 22 и конденсатор 23, Аналоговый запоминающий блок 9 выполнен на операционном усилителе 24, конденсаторе 25, масштабном резисторе 26, ключе

27 и форсирующем звене 28, состоящем из параллельно соединенных резистора 29 и конденсатора 30. Усилитель 1, резистор 5 и конденсатор 6 представляют собой интегратор 31. Кроме того, устройство содержит блок 32 вычислений потерь, включающий перемножители 33 и 34, ключи 35 — 38, интегратор 39, состоящий из операционного

2 ю;ч

Ерас, =-,, ."Ймакс, ! -=1 усилителя 40, конденсатора 41 з цепи обратной связи и масштабного резистора 42 во входной цепи, сумматор 43 с запоминанием, аналоговый запоминающий блок 44 и цепь управления, состоящую иэ последовательно соединенных триггера 45 и схемы 46 сравнения, Сумматор 43 с запоминанием содержит операционный усилитель 47, конденсатор 48, масштабный резистор 49, ключ

50, три форсирующих звена 51 — 53, каждое из которых включает параллельно соединенные резистор 54 и конденсатор 55, Аналоговый запоминающий блок 44 полностью аналогичен блоку 9 и содержит операционный усилитель 56, конденсатор 57, масштабный резистор 58, ключ 59 и форсирующее звено 60, состоящее из параллельно соединенных резистора 61 и конденсатора 62, В устройстве в полном объеме воспроизводится алгоритм моделирования петли упругого гистереэиса. Дополнительно реализуется алгоритм определения потерь механической энергии, рассеиваемой за цикл колебаний. Вычисление рассеиваемой механической энергии осуществляется в процессе моделирования петли упругого гистерезиса. Как известно, этот процесс состоит из трех основных этапов: моделирование начального участка, моделирование нисходящей ветви v! моделирование восходящей ветви. Для определения рассеиваемой механической энергии используются только два последних этапа, следующие один за другим в течение одного цикла колебаний.

Алгоритм определения рассеиваемой механической энергли основан на последовательном определении площадей двух геометрических фигур„составляющих петлю гистерезиса (фиг,2), каждая из которых образована воспроизводимой ее вью петли и прямой, соединяющей концы этой ветви.

Рассеиваемая за цикл механическая энергия равна сумме двух вычисленных площадей.

Алгоритм определения рассеиваемой за цикл механической энергии мо)кет быть представлен в виде где

%+1

SI=2 () ffB/,f) Edt Г(я/2) а), в: т1(- моменть: времени, когда Я = 0; I, = 1, 2...„

Рассмотрим работу устройства. В )асти моделирования петли гистереэиса функци15

f0

55 онирование устройства полностью аналогично прототипу. Для реализации алгоритма определения рассеиваемой за цикл колебаний механической энергии используются информационные и управляющие сигналы, получаемые с блоков, моделирующих петлю гистерезиса.

На диаграмме напряжений, приведенной на фиг.3, обозначены: U>< — напряжение, пропорциональное скорости деформации е; 0а, Ub, 0с, Ud, Ue, Uf — напряжения в точках а, Ь, с, d, е, f (фиг.1).

Исходное состояние схемы устройства соответствует этапу моделирования начального участка петли. В исходном положении ключи 2, 3, 27, 35, 36, 37 и 59 разомкнуты, а ключи 4, 19, 38 и 50 замкнуты. Напряжение, соответствующее скорости деформации е, поступает на вход устройства, При движении из точки покоя воспроизводится начальный участок петли, описываемый уравнекием <(1) = f(E) Длительность этого этапа моделирования определяется промежутком времени от t= Ода е= t1, при котором е =О.

В течение всего этапа блок 32 никаких вычислений не производит, так как ключи 35 и

36 на протяжении всего этапа разомкнуты.

В момент времени т = 1 для перехода от моделирования начального участка петли к моделированию нисходящей ветви производится переключение коэффициента передачи интегратора 31 и коэффициента передачи по первому входу сумматора 8.

Управляющий сигнал с выхода управляемо-. го источника 13 напряжения, по которому производятся все эти переключения, используется для управления ключами 35 и 36.

Ключ 35 замыкается, и сигнал с выхода блока нелинейности поступает на входы перемножителей 33 и 34. Одновременно на другие входы этих блоков поступают сигнал с выхода интегратора 31 и входной сигнал Р соответственно. На выходах первого перемножителя 33 и интегратора 39 формируются составляющие площади St. В момент т =

= t1 замыкается также ключ 36 и на вход триггера 45, включенного по схеме общего запуска, и второй вход схемы 46 сравнения поступает сигнал с выхода блока 12 фиксации нуля. При этом на выходе схемы 46 сравнения выоабатывается управляющий сигнал, поступающий на ключ 38. Ключ 38 размыкается. Наличие разрыва в цепи между сумматором 43 с запоминанием и аналоговым запоминающим блоком 44 позволяет очистить содержимое обоих этих блоков перед началом процесса вычисления рассеиваемой эа цикл механической энергии, По окончании сигнала с выхода блока 12 фикса1674178 яние — режим суммирования — воз- 35

55 ции нуля напряжение на выходе схемы сравнения исчезает и ключ 38 вновь замыкается, Начинается процесс суммирования составляющих площади S1. На выходе сумматора 43 с запоминанием получаем нарастающее значение S1. При 1= 12 происходит переход от моделирования нисходящей ветви к моделированию восходящей ветви петли. Для перехода к новому этапу моделирования необходимо сохранить конечный результат предыдущего этапа на выходе сумматора 43. С этой целью в момент времени t = tz, когда я = О, сумматор 43 с запоминанием с помощью своего ключа 50 переводится в режим запоминания, для чего на управляющий вход ключа 50 подается сигнал с выхода цепи 14 управле; ия сумматором с запоминанием. После этого по сигналу с выхода элемента 15 задержки ключ

37 осуществляет сброс интегратора 39, а ключ 59 превращает аналоговый запоминающий блок 44 в масштабное звено, инвертирующее напряжение, поступающее на его вход через ключ 38 с выхода сумматора 43 с запоминанием. В момент времени t > t2 по сигналу e W 0 производится возврат схемы . в рабочее состояние для моделирования восходящей ветви, Сначала в исходное соСтояние возвращаются интегратор 39 и блок

44 (АЗУ), на выходе которого теперь хранится максимальное значение площади S1MsKc, полученной на предыдущем этапе моделирования. После этого в исходное состовращается сумматора 43 с запоминанием. В ходе этих переключений напряжение на выходе схемы 46 сравнения не изменяется и ключ 38 остается замкнутым. Начинается этап моделирования восходящей ветви до момента времени t= тз, при котром e = О. На первый и второй входы сумматора 43 поступают составляющие площади Я2, а на третий вход сумматора с выхода блока 44 подается S«>«, Ha выходе сумматора 43 формируется нарастающее значение суммарной площади S, определяющее рассеяние механической энергии за полный цикл колебаний. В момент t = тз на выходе сумматора 43 имеем S=S1MGKc + S2MBKc Этот результат поступает на регистрирующее устройство (не показано), В момент t = тз снова появляется управляющий сигнал на выходе схемы 46 сравнения. Ключ 38 вновь размыкается, Теперь в процессе подготовки всего устройства к следующему этапу моделирования — воспроизведению нисходящей ветви петли — не происходит передачи сигнала с выхода сумматора 43 на вход. блока

44..В результате этого к началу нового цикла

30 колебаний напряжения на выходах обоих блоков 43 и 44 равны нулю. Процесс вычисления рассеиваемой механической энергии в новом цикле колебаний повторяется.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования упругого гистерезиса по авт.св, М 966708, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности моделирования, устройство содержит блок вычисления потерь, вход по деформации которого соединен с выходом интегратора, вход по механическому напряжению подключен к выходу блока нелинейности, вход по скорости деформации соединен с входом устройства, выход блока фиксации чуля подключен к информационному входу блока вычисления потерь, вход которого подключен к выходу управляемого источника напряжения, вход запоминания составляющей потерь гистерезиса по нисходящей ветви блока вычисления потерь соединен с выходом цепи управления сумматором с запоминанием, вход управления переходом к моделированию восходящей ветви гистерезиса блока вычисления потерь подключен к выходу элемента задержки.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что блок вычисления потерь состоит из первого и второго перемножителей, интегратора, сумматора с запоминанием, аналогового запоминающего блока, четырех ключей, последовательно соединенных триггера и схемы сравнения, вход по деформации блока соединен с первым входом первого перемножителя, второй вход которога объединен с первым входом второго перемножителя и подключен к выходу первого ключа, информационный вход которого является входом по механическому напряжению блока, вход по скорости деформации которо-о соединен с вторым входом второго перемножителя, информационный вход блока соединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход которого соединен с управляющим входом первого ключа и входом блокировки блока, вход запоминания составляющей потерь гистерезиса по нисходящей ветви которого подключен к входу разрешения суммирования сумматора с запоминанием, а вход управления переходом к моделированию восходящей ветви гистерезиса — к управляющим входам третьего ключа, подключенного в цепь обратной связи интегратора, и управляющему входу аналогового запоминающего блока, выход первого перемножителя соединен с первым входом сумматора с запоминанием, выход второго перемножителя подключен к входу интегратора, выход которого соединен с вторым входом сумма1674178 тора с запоминанием, выход второго ключа соединен с входом триггера и вторым входом схемы сравнения, выход которой подключен к управляющему входу четвертого ключа, информационный вход которого соединен с выходом сумматора с запоминанием, а выход подключен к информационному входу аналогового запоминающего блока, выход которого соединен с третьим входом

5 сумматора с запоминанием.

1674178

Составитель В.Геча

Техред М.Моргентал

Корректор М. Демчик

Редактор А.Лежнина

Производственно-издательский, комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2925 Тираж 368 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5