Гидравлическое моделирующее устройство

Гидравлическое моделирующее устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

а1!. 3 . е

МФ Ветт еФФ» т еФ и и i . с v Ф я и

° В

Oll ИСАН-,Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (") 5646 39

К АВТОРСКОМУ СВКДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28,05.75 (2l) 2138960/24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05,07.77»Бюллетень № 25 (45) Дата опубликования описания 18.08.77 а (51) М, Кл, С,О6 С-5ЮО

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК /621-540 (088.8) (72) Авторы изобретения

B. В. Пассек и B. B. Заковенко (71) Заявитель (54) ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области гидравлических аналоговых вычислительных устройств и применяется для моделирования деформации конструкций, Существует широкий класс задач, касающихся опреде- в ления внутренних деформаций и напряжений в линейных элементах, когда поворота сечения не происходитт т. е. когда эпюра внутренних напряжений осесимметрична.

К ним относятся оiчределение уоадочных N и температурных напряжений в бетонных и железобетонных брусках, мостовых опорах и других конструкциях при симметричном температурном или усадочном воздействии, определение температурных напря- И жений в стальном элементе при наличии сварного шва по оси симметрии элемента и ряд других задач. Важной особенностью этих задач является необходимость учета не только упругих деформаций и напряжений, 20 но и пластических, возможности появления трещин, причем с учетом переменного модуля упругости, предела текучести, коэффициента линейного расширения и других параметров. 25

Известно устройство для модулирования напряженного состояния и деформаций «онструкций.

Устройство состоит из нескольких меха:.низмов, закрепленных в общей раме, расположенных параллельно один другому и объединенных соединительным, стержнем, который обеспечивает совместность их работы. Такие механизмы могут моделиро- вать деформации и напряжения элемента лю бой длины, сечения,, с любыми упруго-плас» тическими характеристиками материала. Интегратор моделирует продольные деформации и напряжения сппошного пинейногоэпемеита, причем каждый механизм моделирует средние деформации и напряжения определенной части поперечного сечения элемента конструтСции, Совместимость деформаций всех еле ментов обеспечивается соединительный ,стержнем fg) .

Для решения ряда задач требуется зна чительная дробность разбивки расчетной

:зоны на блоки, что ведет к увеличению . числа блоков. В интеграторе каждый блок моделируется отдельным механизмом. Однако механическая система исчерпывает свои возможности при небольшом числе механизмов. В некоторых задачах, например при исследовании термической правки выгиба оси линейных элементов, такое количество механизмов вполне достаточно, но в ряде стг чаев, например, при исследовании термонапряженного состояния в зоне сварного шва, може потребоваться значительно большее число механизмов. то

Недостатки механической системы вызва ли необходимость поиска другой системы, которую можно было бы использовать для моделирования деформаций и напряжений в укаэанном .выше классе задач. Такой систе- т5 мой является гидравлический интегратор, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является гидравличес.кое модепиру.ощее устройство, содержащее прозрачные сосуды с жидкостью, подключен 21 ные через вентили к первому и второму трубопроводам, и напорный и сливной баки f2)

Однако класс задач, решаемых такими

ИЛ;rегpатоpами очень узок, так как с по- 25 мощь.о интегратора нельзя моделировать процессы измененич температурных напряжений в сечениях конструкций.

При расчете процесса теплопередачи методом гидравлических анал гий на гидрав- 30 лическом интеграторе пространство рассматривается дискретно, а время непрерывно, Аналогом теплопередачи в гидравлическом интеграторе является процесс протекания во ды, аналогами основных параметров тепло« з5 передачи, теплоемкости блока и термического сопротивления между блоками являют ся соответственно площади поперечных сечений сосудов и т. д.

При конструкции интегратора, обеспечива 40 ющей возможность разбивки сечения на большее число блоков с обеспечением надежности их работы, можно расширить область моделируемых объек:ов, ч о является целью изобретения.

Эта цель достигается тем, что в предложенном устройстве установлены дополнительный сосуд, водомерные блоки, вентили и третий и четвертый трубопроводы, к которым через вентили подключен дополниI тельный сосуд с площадью поперечного сечения 7 =- . Г ° (где - плол 1 щадь сечения j - го прозрачного сосуда, К -число прозрачных 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 плошадей 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 система состоит из вертикального прозрачного дополнительного сосуда 13 с площадью поперечк ного сечения У- < f где f — площадь

4g i 1 1 сечения -го прозрачного сосуда, Сосуд

13 так же как и прозрачный сосуд 2, с помощью вентиля 3, трубопровода 4, водомерного блока 5 и вентиля 6 соединен с напорным баком 7, а с помощью вентиля

8, трубопровода 9,водомерногоблока 10 и вентиля 11 со сливным баком 12. Площадипоперечных сечений сосудов 2 в зависимости от решаемых задач могут изменяться с помощью вкладышей, представляющих собой бруски длиной, равной высоте прозрачных сосудов и имеющих определенную плошадь поперечного сечения, Устройство может моделировать продольные деформации и напряжения сплошного линейного элемента, причем каждый сосуд 2 моделирует средние деформации и напряжения определенной части поперечного сечения элемента конструкции как в упругой, 30

8

117

6 и где И вЂ” изменение уровня жидкости в сосуде, мм;

8 — деформация элемента в натуре, мм.

Величина It(s данном случае безразмерна. Масштаб напряжений щп равен отношению напряжения в элементе конструкции к соответствующему ему изменению чровня жидкости в прозри шом сосуде: б 6/Р EB E E

, p "Я (кг/см .мм) 5 так и в пластической стадии работы материала.

Ниже приводится решение на устройстве примера применительно к термической правке конструкций. 5

Термическая правка элементов производится для исправления искажений их геометрической формы, возникающих при наложениисварных швов. Для исправления этого искажения о нагревают до 700-900 С определенные 10 участки 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 местоположения для ликвидации искажений в каждом конкретном случае можно использовать предлагаемое устройство.

Задача приведенного примера заключается 2Е в следующем: необходимо провести моделирование деформаций при одностороннем наг реве по оси широкого стального листа для определения продольных нормальных напряжений в его поперечном сечении. Нагрев производится по всей длине листа. Вырежем из листа вдоль оси элемент длиной f (фиг.2).

Учитывая симметричность поперечного сечения, элемента, рассматриваем по ширине только его половину и разбиваем ее

i л 6 одинаковых участков, Считаем температуру в центрах блоков и расчетный момент времени известной. Предполагаем, что сечения элемента при деформациях листа остаются плоскими, т. е, считаем справедливой гипотезу плоских сечений", Прежде чем приступить к моделированию, назначают масштабы моделирования внеш-. них воздействий, деформаций и размеров сечения, Масштабы выбирают в следующей последовательности, Масштаб деформаций rn> равен отношению величины деформации элементов в натуре к соответствующему ей изменению уровня

45 жидкости в соответствующем прозрачном сосуде

6 где ф — напряжение в элементе конструкции, кг/см >

2, l1 — соответствующая ему разница уровней жидкости в прозр ач ном сосуде, мм;

E — модуль упругости материала с конструкции кг/см;

1 — длина элемента конструкции, мм.

Масштаб площадей поперечного сечения элементов равен отношению площади поперечречного сечения элемента констукции к площади п оперечногп сечения соответствующего этому элементу прозрачного сосуда м = 9/f, где 5 — площадь поперечного сечения элемента конструкции, см ; т — площадь поперечного сечения соответствующего ему прозрачного сосуда, 2 см.

Величина лт в данном случае безразмер6 на, Масштаб температуры равен отношению температ/ры элемента конструкции к соответствующему ей изменению уровня жидкости в соответствующем прозрачном сосуде;

= t./} (град/мм) где т, — температура элемента конструк ции, град; И вЂ” соответствующая ей разница уровней жидкости в прозрачном сосуде, мм, В устройстве каждый участок поперечного сечения моделируется одним из сосудов 2, Дополнительный сосуд 13, равный по площади 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 Q во всех сосудах 2 и закрываем вентили. После этого, открыв вентили 6, устанавливаем одинаковый уровень жидкости d в верхних водомерных блоках 5. Затем открываем крайний левый вентиль 3, приливаем в левый прозрачный сосуд 2 жидкость до уровня Ь (фиг, 4), Разница уровней b-О моделирует согласно масштабу и > деформации элемента сечения (см. фиг. 3). Закрыва ем вентиль 3 и отмечаем новый уровень жидкости f в верхнем водомерном блоке 5.

Затем открываем вентиль 3 соединительной системы и вливаем в дополнительный сосуд

13 жидкость, пока уровень жидкости во втором верхнем водомерном блоке 5 не сравняется с уровнем Г в первом блоке 5.

Закрыв вентиль . 3, отмечают новый уро564639 вень жидкости с в сосуде 13.Разница уровней жидкости c,- Q в сосуде 1 3 соответствует величине продольных деформаций всего сечения; разница уровня жидкости в левом сосуде

2 и сосуде 13Ь-с- величине продольных упругих сжимающих деформаций первого участка, разница уровня жидкости во втором слева сосуде 2 и сосуде 1 3 0 - С вЂ” величине продольных упругих растягивающих дс формаций второго участка и т. д.

Если разница уровней о- с превышает предел текучести материала, то, открыв соотг ветствующий вентиль 8, сливаем иэ левого еосуда 2 жидкость, пока эта разница будет соответствовать величине предела упругости материала, а затем,,открыв вентиль 8 нод сосудом 13, сливаем иэ него такое же количество жидкости, что достигается выравнением новых уровней в нижних водомерных блоках 10. Затем подсчитываем деформации, отсчитывая разницу уровней от нового уровни сосуда 13.

Предложенное гидравлическое устройство зиачительно расширяет круг решаемых задач, цавая возможность определять температурные напряжения, когда поворот сечения отсутствует. На нем с высокой точностью могут быть определены, например, напряже.ния и деформации в зоне сварного шва с учетом измерения в процессе нагрева и остывани» свойств металла. Значительный эф фект получен сочетанием укаэанных, аналогоBblx методов, позволяющих оперативно и надежно решать широкий круг задач с ЭВМ, которые позволяют автоматизировать расчеты отдельных задач, требующих анализа большего числа вариантов.

Формула изобретения

Гидравлическое моделирующее устройство, содержащее прозрачные сосуды с жидкостью„ подключенные через вентили к первому и второму 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, вентили я третий и четвертый трубопроводы, к которым через вентили подключен дополнитель-. ный сосуд с площадью поперечного сечения

У- f где Х. — площадь сечения 1 -ro проз-аыL!. .рачного сосуда, g - число прозрачных сосудов, а трубопроводы через водомерные блоки соединены с напорным и сливным гз баками.

Источники информации, принятые во внцмание при экспертизе:

1, Авторское свидетельство СССР зо № 377817, +06 5/00, 1965

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 42112, (06 С 5/00, 1935.