Управляемые конструкции

Традиционные конструкции являются самоуправляемыми объек­тами, которые восстанавливают свое состояние за счет внутренних деформационных процессов. Основные представления о внутрен­них процессах и поведении конструкции в пределах упругих дефор­маций в различных условиях дают такие дисциплины, как теория твердого тела, сопромат, теория упругих колебаний и механика. Внешняя сила (нагрузка) вызывает деформацию конструкции, в результате чего в ней возникает восстанавливающая сила. При этом энергия источника, создающего внешнюю силу, преобразуется в тепловую энергию и рассеивается в окружающую среду. В составе такой конструкции всегда можно выделить упругий преобразова­тель, напряженно-деформационное состояние (НДС) которого определяется зависимостью

B=f{G),

где В - сила или момент силы на входе преобразователя; деформация, G- вызванная силой.

Возможно изменение НДС и под действием температуры. Функ­циональное назначение упругих преобразователей зависит от уст­ройства, в котором они используются. В устройствах измерения они выполняют функции информационных преобразователей, в устройствах воздействия — механических исполнительных уст­ройств. В самоуправляемых конструкциях все функции совмеща­ются в одном преобразователе. В традиционных конструкциях с применением упругих преобразователей, используемых в маши­ностроении и строительстве, учитывают и нормируют только их деформируемость под воздействием внешних сил.

Развитие науки и техники идет по пути повышения уровня управляемости различных объектов, в том числе и конструкций. На определенном этапе развития встал вопрос управления на­пряженно-деформированным состоянием конструкций на разных стадиях функционирования. Переход к управлению деформирова­нием конструкции на современном этапе открывает большие воз­можности для инженерного конструирования. В технике разрабо­таны и используются упругие преобразователи непрямого действия, с корректирующей обратной связью, уравновешивающего преоб­разования.

В настоящее время формируется новое научное направление - управляемые конструкции, объединяющее классическую механи­ку, теорию управления (теорию автоматического регулирования) и теорию преобразователей. Оно с единых позиций объясняет поведение конструкции при саморегулировании, формулирует тре­бования к параметрам управляемой конструкции и позволяет оп­тимально выбрать законы управления. В ряде случаев традицион­ные конструкции практически исчерпали свои возможности. Уп­равляемые конструкции - это конструкции нового класса, пред­ставляющие собой деформируемые системы с управляемыми па­раметрами. Это системы автоматического управления напряжен­но-деформационным состоянием конструкции, в которых элемен­ты конструкции представляются преобразователями.

Можно выделить два класса управляемых конструкций:

пространственно-кинематические конструкции (двери и стек­ла автомобилей, выдвигаемые элементы крыльев самолетов, рас­крываемые и выдвигаемые антенны и т.д.). Степень автоматиза­ции управления такими конструкциями велика.

конструкции с управлением напряженно-деформационным состоянием.

В настоящее время методами управления параметрами конст­рукций уже решается ряд технических задач:

управление прочностью конструкции путем регулирования внут­ренних усилий, изменяющихся во времени под воздействием на­грузки;

управление жесткостью конструкции, основанное на регули­ровании деформированного состояния и обеспечивающее задан­ные перемещения элементов конструкции;

управление устойчивостью;

управление колебаниями, заключающееся в изменении частот­ных и амплитудных характеристик конструкции в целях гашения колебаний и исключения резонансных явлений;

управление деформациями при технологической обработке материалов;

управление геометрическими формами конструкций.

При управлении параметрами конструкций решаются задачи аккумуляции энергии, транспортирования ее в нужное место, уси­ления и реализации управляющих воздействий. Энергия может быть получена от внешних и внутренних источников. Эффективным яв­ляется отбор части энергии внешнего воздействия на конструкцию (ветровой, гравитационной, тепловой и т.д.) для реализации уп­равления НДС. Внутренним источником является потенциальная энергия сжатых и деформируемых элементов конструкции.

Все элементы конструкций могут рассматриваться как преоб­разователи и связи, преобразующие внешние воздействия в опор­ные воздействия. Свойства таких механических систем управления в понятиях теории управления могут быть использованы при син­тезе и анализе систем управления конструкциями. Рычаги, кулач­ковые и кривошипные механизмы могут рассматриваться как пре­образователи. Функции измерения усилий и перемещений, преобразование и усиление, принятие и реализация управленческих решений осуществляются в конструкциях и механизмах автомати­чески на основе заранее жестко заложенных в них при проектиро­вании соотношений геометрических и физических параметров.

Методы конструирования и расчета механических систем на базе теории управляемых конструкций нашли применение в авто­мобилестроении. Они плодотворно используются при проектиро­вании управляемых автомобильных подвесок с пневматически­ми, гидравлическими и исполнительными электромагнитными механизмами с использованием микропроцессорных устройств управления.

Дата добавления: 2015-08-05