Мехатронный модуль для определения упругих характеристик спирально-анизотропных тел
Исследование напряженно-деформированного состояния криволинейно-анизотропных тел. Структурная схема мехатронного модуля. Реализация в мехатронном модуле опытов по определению упругих характеристик гибких кабелей с максимальной степенью автоматизации.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 10.03.2018 |
Размер файла | 100,1 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Мехатронный модуль для определения упругих характеристик спирально-анизотропных тел
Резников Станислав Сергеевич,
аспирант Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики
Для многих анизотропных материалов экспериментальные значения упругих характеристик пока не определены, и это сдерживает внедрение теоретических разработок в расчетную практику. В особенности это касается непрерывно-неоднородных материалов, когда упругие коэффициенты в уравнениях обобщенного закона Гука являются непрерывными функциями координат. Такого рода анизотропия наблюдается в анизотропных материалах, прошедших термическую обработку или приобретших непрерывную неоднородность вследствие несовершенной технологии.
Большой интерес с теоретической точки зрения и с точки зрения практических приложений имеет направление исследований напряженно-деформированного состояния криволинейно-анизотропных тел. Одним из важных, но мало изученных типов криволинейно-анизотропных тел является спирально-анизотропное тело (САТ - далее для краткости будем использовать это сокращение).
Такие конструкции как пряжи, канаты геометрически эквивалентны, если иметь в виду их спиральную структуру. При всем различии механические свойства этих конструкций определяются геометрией расположения отдельных волокон и, прежде всего, шагом скрутки, а также упругими свойствами материала составных элементов конструкций [1].
Для решения поставленной задачи будем использовать аналитические зависимости угловых и линейных перемещений от внешних силовых факторов [2].
Здесь E*1, G*1, н*1 - интегральные упругие постоянные спирально-анизотропного стержня; m*=2 G*1 / E*1; б0 -угол подъема витков; e-относительное удлинение вдоль оси; и - относительный угол закручивания вокруг оси z.
На структурной схеме (рис. 1) указаны все элементы, имеющиеся в разработанном устройстве.
Рис. 1 Структурная схема мехатронного модуля
Управление мехатронным модулем осуществляется с обычного персонального компьютера после установки необходимого программного комплекса. Существует два алгоритма проведения экспериментальных исследований: первый заключается в наличии возможности поворачивать один конец стержня на определенный угловой шаг, который предварительно устанавливается в окне программы. При этом пьезо датчик фиксирует величину удлинения и возникающее осевое усилие. Второй алгоритм подразумевает в качестве входного параметра для проведения исследования не изменение угла, а изменение прикладываемого крутящего момента. Полученные в результате эксперимента данные используются в приведенной выше системе уравнений, которая позволяет рассчитать упругие модули САТ.
В данном устройстве реализуется схема испытания «стесненное кручение», что позволяет уменьшить число неизвестных в указанной системе уравнений. Для реализации запрета на поворот второго конца стержня используется мембрана, которая обладает значительной крутильной жесткостью. Края мембраны закреплены в корпусе. Таким образом, другой конец стержня имеет возможность только линейно перемещаться.
Программа имеет возможность фиксировать серии проводимых опытов, что позволяет осуществлять построение гистограмм. Все полученные данные (экспериментальные и расчётные) сохраняются в удобных для дальнейшей обработки форматах, например в пакете прикладных программ MATLAB.
Поскольку в любых опытных данных неизбежно присутствуют случайные погрешности, то к задаче определения интегральных жесткостных характеристик гибких кабелей возможно применение вероятностного подхода и решать ее следует с использованием теории вероятностей и математической статистики. мехатронный модуль анизотропный упругий
Разработанный прибор позволяет реализовать необходимые опыты по определению упругих характеристик гибких кабелей с максимальной степенью автоматизации: необходимо только закрепить испытуемый образец и запустить программу с предварительно установленными параметрами эксперимента.
Литература
1. Мусалимов В.М., Соханев Б.В., Мокряк С.Я. Элементы механики кабельных конструкций. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1981. 120 с.
2. Резников С.С. Численный анализ основных уравнений статики спирально-анизотропных стержней. //Научно-технический вестник Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики. Выпуск 28. Задачи механики и проблемы точности в приборостроении. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. С. 17-23.
3. Пат. 2317535 Российская Федерация, МПК7 G01N3/08. Устройство для испытания анизотропных стержней / Мусалимов В.М., Ноздрин М.А., Петрищев М.С., Резников С.С., Бондарец А.В. (Россия), Цейтнер Й. (Германия); заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики". № 2006128830/28; заявл. 08.08.06 ; опубл. 20.02.08, Бюл. № 5. 7 с.: ил.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Теория напряженно-деформированного состояния в точке тела. Связь между напряженным и деформированным состоянием для упругих тел. Основные уравнения и типы задач теории упругости. Принцип возможных перемещений Лагранжа и возможных состояний Кастильяно.
реферат [956,3 K], добавлен 13.11.2011Изучение характеристик модели, связанных с инфильтрацией воздуха через материал. Структура материалов тела. Анализ особенностей механизма диффузии. Экспериментальное исследование диффузии, а также методика расчета функции состояния системы с ее учетом.
научная работа [1,3 M], добавлен 11.12.2012Рассматриваются особенности расчета напряженно-деформированного состояния воздухоопорной оболочки методами теории открытых систем (OST) и методами безмоментной теории оболочек (MTS). Сравнение результатов данных расчетов с экспериментальными данными.
контрольная работа [849,2 K], добавлен 31.05.2012Аспекты теории динамической устойчивости упругих систем. Изгибная форма, возникающая в стержне при приложении к его торцу внезапной нагрузки. Описание динамических эффектов модельными уравнениями. Параметрическое приближение, учет "волны параметра".
статья [141,6 K], добавлен 14.02.2010Удар абсолютно упругих и неупругих тел. Закон сохранения импульса и сохранения момента импульса. Физический смысл соударения упругих и неупругих тел. Практическое применение физического явления соударения тел. Механический метод разрушения пород.
контрольная работа [240,4 K], добавлен 16.09.2013Возможность неучёта упругих связей при минимальной жесткости. Построение нагрузочных диаграмм. Проверка двигателя по скорости, приведение маховых моментов к его оси, выбор редуктора. Расчет сопротивления и механических характеристик, переходных процессов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 15.11.2013Изучение последовательности построения рабочей зоны исследуемого мехатронного устройства. Решение прямой и обратной задачи кинематики манипулятора. Составление уравнений Лагранжа. Расчет обобщенных сил, моментов инерции и кинетической энергии звеньев.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 24.06.2012- Распространение плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодичном волноводе
Волновые явления в периодических слоистых волноводах. Создание приложения, моделирующего процесс распространения плоских, гармонических по времени, упругих акустических волн в периодическом волноводе. Метод Т-Матриц для периодического волновода.
курсовая работа [910,2 K], добавлен 30.06.2014 Характеристика двойного лучепреломления в естественных анизотропных средах. Расчет показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей в направлении, перпендикулярном оптической оси. Схема установки для исследования эффекта Керра в жидкостях.
презентация [815,5 K], добавлен 14.12.2015Схемы измерения характеристик силовых трансформаторов. Значения коэффициентов для пересчета характеристик обмоток и масла. Перевернутая (обратная) схема включения моста переменного тока. Порядок определения влажности изоляции силовых трансформаторов.
лабораторная работа [721,5 K], добавлен 31.10.2013