Электромоделирующее устройство для решения пространственных контактных задач

(12) НАЦИОНАЛЬНЫИ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИЭЛЕКТРОМОДЕЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КОНТАКТНЫХ ЗАДАЧ(71) Заявитель Учреждение Образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Су хого (ВУ)(72) Авторы Тариков Георгий Петрович Комраков Владимир Викторович Акулов Николай Владимирович БарабанЦев Вячеслав Александрович (ВУ)(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени1. Электромоделирующее устройство для решения пространственных контактных задач, содержащее источник питания, выход которого подключен к входу распределителя,выходы которого соединены с выводами токопроводящего элемента, над которым установлен зонд, подключенный к блоку индикации, отличающееся тем, что устройство дополнителЬно снабжено защитным экраном, а токопроводящий элемент выполнен из фолЬгированного материала.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что защитный экран установлен вокруг токопроводящего элемента и зонда.Полезная модель относится К аналоговой вычислительной технике И может быть применена для решения пространственных контактных задач, часто встречающихся в инженерной практике.Известна конструкция электромоделирующего устройства для решения пространственных контактных задач, содержащая источник питания, распределитель, токопроводящий элемент, состоящий из набора изолированных друг от друга токопроводящих пластин, над которым установлен зонд, подключенный к измерительному устройству 1.Вследствие коробления токопроводящих пластин, возникающего при их изготовлении и сборке токопроводящего элемента, а также влияния внешних факторов на электрическое поле, создаваемое токопроводящим элементом, сложно получить точные результаты экспериментальных исследований пространственных контактных задач.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство для решения пространственных контактных задач 2, содержащее источник питания, распределитель, токопроводящий элемент, над которым установлен зонд, подключенный к измерительному устройству. Токопроводящий элемент содержит основание, выполненное из диэлектрика, на котором закреплен набор изолированных друг от друга токопроводящих пластин, изготовленных из листового металла и расположенных в горизонтальной плоскости. Каждая из пластин соединена с вь 1 ходом распределителя.Рассматриваемое устройство обладает рядом недостатков, выявить которые можно,используя следующие выражения.Плотность заряда в исследуемых точках поверхности токопроводящего элемента рассчитывается следующим образомгде 8 - диэлектрический коэффициент среды Е(х,у) - напряженность электрического поля в точке с координатами (х,у), рассчитываемая по формулегде Н 1(х,у) - потенциал токопроводящего элемента в точке с координатами (ХУ) 112 - потенциал электрического поля токопроводящего элемента, замеряемый зондом (1 - расстояние между токопроводящей пластиной и зондом.Из-за малой жесткости пластин происходит деформация в процессе их изготовления и сборки токопроводящего элемента, что приводит к изменению расстояния (1 между зондом и заряженными пластинами. Как следует из выражений (1) и (2), изменение зазора (1 приводит к погрешности при определении плотности заряда (1(х,у). Кроме того, рассматриваемая конструкция токопроводящего элемента трудоемка при изготовлении.Электрические поля окружающей электрической аппаратуры влияют на значение потенциала электрического поля 112. Случайное изменение потенциала электрического поля увеличивает погрешность при определении плотности заряда на поверхности токопроводящего элемента и, как следствие, уменьшает точность результатов экспериментальных исследований пространственных контактных задач.Задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности экспериментального решения пространственных контактных задач и упрощение конструкции токопроводящего элемента.Поставленная задача решается тем, что в известной конструкции электромоделирующего устройства для решения пространственных контактных задач, содержащей источник питания, выход которого подключен к входу распределителя, выходы которого соединены с выводами токопроводящего элемента, над которым установлен зонд, подключенный кблоку индикации, согласно полезной модели устройство дополнительно снабжено защитным экраном, а токопроводящий элемент выполнен из фольгированного материала.Благодаря установке защитного экрана вокруг токопроводящего элемента и зонда уменьшается влияние электрических полей окружающей электрической аппаратуры на электрическое поле токопроводящего элемента. Защитный экран изготовлен из сетки полутомпаковой 08 ГОСТ 6613-73.Применение фольгированного материала позволяет получить токопроводящие дорожки,аналогичные по форме и размерам токопроводящим пластинам, путем удаления участков фольги методом химического травления. Этот метод не вызывает коробления токопроводящих дорожек токопроводящего элемента и, следовательно, расстояние (1 между зондом и токопроводящими дорожками остается постоянным. Это позволяет получить более стабильные результаты по определению плотности заряда, а следовательно, получить более точное экспериментальное решение пространственных контактных задач. Применение фольгированного материала, например фольгированного стеклотекстолита СФ-2-35 Г ГОСТ 10316-78,исключает из конструкции токопроводящего элемента основание и элементы для крепления токопроводящих пластин на основании, что упрощает конструкцию токопроводящего элемента.На фигуре показана блок-схема электромоделирующего устройства для решения пространственных контактных задач.Электромоделирующее устройство содержит источник питания 1, выход которого подключен к распределителю 2. Каждый выход распределителя 2 подключен к отдельной токопроводящей дорожке токопроводящего элемента 3, зонд 4 установлен над токопроводящим элементом 3 и соединен с блоком индикации 6, защитный экран 5 окружает токопроводящий элемент 3 и зонд 4.Электромоделирующее устройство для решения пространственных контактных задач работает следующим образом.Электрический сигнал звуковой частоты подается от источника питания 1 на распределитель 2. Распределителем 2 регулируется величина электрического напряжения подаваемого от его выхода на каждую дорожку токопроводящего элемента 3. Зондом 4 измеряется потенциал электрического поля П над поверхностью токопроводящего элемента 3 в рассматриваемых точках. Значение потенциала электрического поля П определяется блоком индикации 6, в качестве которого используется вольтметр. Зная величину потенциала электрического поля 112, с помощью формул ( 1) и (2) определяется плотность заряда Ч(х,у) на поверхности токопроводящего элемента 3.Существующая аналогия между интегральными уравнениями пространственной контактной задачи и задачи электростатики позволяет определять контактное давление р(,п) в исследуемых точках площадки контакта по формулегде уш - масштабный коэффициент, связывающий явления электрической и механической природы.Для оценки погрешностей экспериментального решения пространственных контактных задач с помощью известного и предлагаемого электромоделирующих устройств были решены задачи для площадки контакта в виде круга и эллипса, аналитическое решение которых известно. Погрешность экспериментального решения пространственных кон тактнь 1 х задач ИЗВССТНЫМ ЭЛСКТРОМОДСЛИРУЪОЩИМ УСТРОЙСТВОМ достигает ПО ОТНОШСНИЮ К аналитическому рСШСНИЮ. Результаты рСШСНИЯ пространственных контактныхзадач, ПОЛУЧСННЫС С ПОМОЩЬЮ предлагаемого ЭЛСКТРОМОДСЛИРУЪОЩСГО устройства, а также РСЗУЛЬТЗТЫ аналитического рСШСНИЯ ПрИВСДСНЫ В таблице. ПрИ ПрОВСДСНИИ экспериментаопределялись контактные давления р(,п) вдоль радиуса К круглой площадки контакта и вдоль большей полуоси ос эллиптической площадки контакта, которые совпадают с осьюр Погрешность, круг эллипс круг эллипс круг эллипсгде р, , р, - относительное положение исследуемой точки для плошадки контак Кр 1 - контактное давление на ПОВЕРХНОСТИ плошадки контакта В точке С координатой адР рср - среднее контактное давление на поверхности плошадки контакта Р - сила, 5действующая на упругие тела 5 - площадь поверхности плошадки контакта.Из таблицы следует, ЧТО погрешность результатов измерений не превышает 7 .Таким образом, по сравнению с известными, заявляемое электромоделируюшее устройство повышает точность экспериментального решения пространственных контактных задач с одновременным упрошением конструкции токопроводяшего элемента.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.