Способ сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении и устройство для его осуществления

Способ сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii)658252 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 18.05.76 (21) 2361507/29-33 с присоединением заявки Яе (23) Приоритет— (51) М. Кл

Е 04 Н 9/02

Гасударственный квинтет

СССР не делам изобретений и открытий (53) УДК 62.52 (088.8) Опубликовано 25.04.79. Бюллетень №15

Дата опубликования описания 26.0%.79 (72) Авторы изобретения

В. А. Бучин, В. О. Герман, Г. А. Любимов и В. М. Морозов

Научно-исследовательский институт механики Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (71) Заявитель (54) СПОСОБ СОХРАНЕНИЯ УСТОИЧИВОСТИ

ПРОТЯЖЕННОГО ТЕЛА ПРИ СЖАТИИ ЕГО

В ПРОДОЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИИ И УСТРОИСТВЙ . .;; ; " .:, тЩЯ

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области механики и может быть применено в строительстве, в машиностроении и других областях народного хозяйства, в особенности, оно касается способов сохранения устойчивости протяженных тел-пластин или стержней (труб) при приложении к ним осевых сжимающих нагрузок. При этом нагрузки могут быть приложены к одному, либо к двум концам тела или это могут быть распределенные нагрузки, например, вес тела.

Известно, что при увеличении сжимающей нагрузки протяженное тело, к которому она приложена, сохраняет свою форму до тех пор, пока приложенная нагрузка не превзойдет некоторого значения, которое называется критической нагрузкой. При превышении критического значения нагрузки тело теряет устойчивость и изгибается.

Известен способ стабилизации деформации, включающий измерение деформации и воздействие через регулятор на исполнительный механизм, изменяющий величину деформации (1) .

Однако этот способ не может быть применен для сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении.

Известен другой способ сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении, включающий приложение силового воздействия на тело, и известно устройство для осуществления данного способа, включающее исполнительный механизм для осуществления силового воздействия, механически соединенный с концом тела (2) .

В этом способе силовое воздействие осуществляется таким образом, что нагрузка периодически изменяется во времени с постоянным периодом. При этом среднее значение во времени за период такой изменяющейся нагрузки, при которой тело сохраняет устойчивость, может превысить критическое значение, соответствующее постоянной нагрузке. Этот способ ближе к предложенному изобретению.

Недостаток указанного способа заключается в том, что для того, чтобы среднее значение меняющейся нагрузки заметно превысило критическую нагрузку, необходимы большие амплитуды изменения нагрузки.

658252

Так, для увеличения среднего значения нагрузки вдвое по сравнению с критической необходима амплитуда колебаний более чем в два раза превышающая саму величину средней нагрузки. Такие большие амплитуды колебаний нагрузки, во-первых, требуют больших энергетических затрат, а во-вторых, могут привести к быстрому разрушению тела вследствие усталости материала.

Цель изобретения — увеличение прикладываемой вдоль тела сжимающей нагрузки при сохранении формы тела.

Достигается это тем, что в способе сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении, включающем приложение силового воздействия на тело, дополнительно измеряют деформацию в контролируемой точке тела, а силовое воздействие на тело осуществляют прямо пропорционально измеренной величине деформации путем принудительного закручивания конца тела. Кроме того, устройство для осуществления способа, включающее исполнительный механизм для осуществления силового воздействия механически соединенный с концом тела, снабжено датчиком деформации, соединенным через блок обработки сигнала с исполнительным механизмом для осуществления силового воздействия.

Сущность способа поясняется чертежом.

Стержень или вытянутая пластина установлены так, что на нее действует сила, направленная вдоль протяженной оси.

Пластинка 1 жестко соединена с осью 2.

Верхний конец пластинки шарнирно прикреплен к жесткому (сневесомому» валу 3, который может свободно перемещаться в плоскости, совпадающей с плоскостью начального невозмущенного положения пластинки, параллельно самому себе. Нагрузка 4 сжимает пластинку. Если нагрузка превышает некоторую критическую величину, то пластинка начинает изгибаться и из невозмущенного статического состояния 1 переходит в возмущенное динамическое состояние 5, изображенное на чертеже пунктиром. Датчик деформации 6 в контролируемой точке пластины непрерывно подает сигнал о величине деформации 7 в блок обработки сигнала 8, которая вырабатывает сигнал воздействия, передаваемый в исполнительный механизм 9 для осуществления силового воздействия.

Это может быть, например, электромотор, в вале которого защемлен нижний конец тела (пластинки) — его принудительно вращают вокруг неподвижной оси, проходящей через закручиваемый конец, перпендикулярный продольной оси. Закручивание осуществляют в ту или другую сторону в зависимости от деформации, развивающейся в контролируемой точке тела, относительно исходного состояния. При этом не всегда представляется возможным увязать простым об2о

25 зо зь

$5 разом направление вращение с направлением отклонения контролируемой точки, оно имеет направление, противоположное направлению изгиба пластины (при нагрузках равных или меньших четырехкратным по отношению к критической нагрузке) . При больших значениях нагрузки пластина может иметь одну или несколько полуволн изгиба и в этом случае такой простой связи двух указанных направлений нет.

Блок обработки сигнала 8 в соответствии с информацией, поступившей от датчика деформации 6, непрерывно вырабатывает сигнал, определяющий момент 10, вырабатываемый электродвигателем, вращающим защемленный конец пластины. В некоторых случаях величину этого момента можно задавать пропорциональной величине деформации 7 контролируемой точки или моменту, развиваемому в этой точке пластины при изгибе.

В случае нескольких датчиков деформации величину момента 10 можно сделать равной линейной комбинации моментов, развиваемых в контролируемых точках с заранее вычисленными коэффициентами пропорциональности. Тогда величины нагрузок, которые способны выдерживать пластина, возрастают в несколько раз по сравнению с нагрузками, допустимыми для пластины с одним датчиком деформации.

Заметим, что величина деформации 7, а следовательно, величина момента 10, прилагаемого к пластине для стабилизации ее неустойчивости, будут тем меньше, чем больше быстродействие системы управления.

Если величина нагрузки, приложенной к телу фиксирована, то способ позволяет уменьшить в несколько раз вес тела, ибо при этом возникает возможность использования таких форм тела, которые были бы невозможны из-за возникающей неустойчивости, приводящей к изгибанию тела. В том случае, когда мы имеем дело с распределенными нагрузками, например, с весом тела, использование способа позволяет увеличивать длину тела в несколько раз при прочих неизменных параметрах с сохранением его устойчивости.

Вращения конца тела вокруг одной оси оказывается достаточным, если мы имеем дело с телом, подобным вытянутой пластинке, а если тело подобно стержню, т. е. тело, у которого в плоскости, перпендикулярной вытянутой оси, нет преимущественного направления, необходимо вращать защемленный конец тела одновременно вокруг двух осей, лежащих в плоскости, перпендикулярной вытянутой оси. Так, например, за эти оси можно взять главные оси инерции тела.

Способ может быть использован при создании сверхвысоких радиоантенн облегченного веса без растяжек: он может быть использован для увеличения продольных нагрузок на различные вращающиеся сис658252

Формула изобретения

5 темы, как-то валы, сверла и т. д. При этом, например, в случае сверл при сохранении их поперечных размеров можно в несколько ра з увел и ч ить и х дл и ну.

Способ может быть использован при подавлении неустойчивости вращающихся

S систем, возникающии при превышении числа оборотов критического значения. В случае сверл это позволяет не только увеличить их длину, но и увеличить скорость сверления.

Сущность способа не ограничивается типом используемого датчика деформации.

Это может быть датчик, измеряющий отклонение заданной точки (например, электрический датчик), тензодатчик, измеряющий момент, датчик, измеряющий скорость или ускорение смещения этой точки и т. д. Не ограничивается он и указанным типом защемления нижнего конца, местом защемления (вверху, внизу или в промежуточном положении), числом защемлений, формой тела. Момент можно прикладывать и к незащемленной части тела. Вместо момента, прилагаемого к защемленному концу, можно задавать угол закрутки, перемещение и т. д.

Силовое воздействие на тело можно осуществлять посредством приложения к нему силы в одной или нескольких точках или давления, распределенного по всей поверхности тела или части его и т. д. Направление в пространстве вектора (или векторов) силового воздействия на тело (сила, момент и т. д.) может изменяться во времени или

6 оставаться фиксированным. Что касается характера силового воздействия, то оно может быть и комбинированным.

1. Способ сохранения устойчивости протяженного тела при сжатии его в продольном направлении, включающий приложение силового воздействия на тело, отличающийся тем, что, с целью увеличения продольной устойчивости тела, дополнительно измеряют деформацию в контролируемой точке тела, а силовое воздействие на тело осуществляют прямо пропорционально измеренной величине деформации путем принудительного закручивания конца тела.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, включающее исполнительный механизм для осуществления силового воздействия, механически соединенный с концом тела, отличающееся тем, что оно снабжено датчиком деформации, соединенным через блок обработки сигнала с исполнительным механизмом для осуществления силового воздействия.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Техническая кибернетика. «Устройство и элементы систем автоматического регулирования», под ред. Солодовникова В. В.

1975, кн. 2, с. 16.

2. Болотин В. В. Динамическая устойчивость упругих систем. Гостехиздат, 1956.

Составитель Л, Шарова

Редактор И. Прошина Техред О. Луговая Корректор С. Шекмар

Заказ 2014/27 Тираж 810 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал П П П к Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4