автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка методов моделирования вибраций в конструкциях РЭС

Г- п,

I ■ ; s

ДЕРЖАВШИ УШВЕРСИТЕТ "ЛЬВ1ВСЬКА П0Л1ТЕХН1КА"

На правах р^копису

КАРКУЛЬОВСЬККИ Володимир 1взнович

УДК 621.396.6:681.3

ГОЗРОБКА МЕТОДЕ В ИОДЕЛЮВАННЯ В1БРАЩИ В КОНСТРУКЩЯХ РЕЗ

Спец1альн1сть: 05.13.05 - Системи автоматизацп проектування

Автореферат дисертацП на здобуття наукового ступеня кандидата техн!чних наук

ЛЬВ1В - 1996

Дисертац1я е рукописом.

Робота виконана на кафедр! "Системи автоматизованого проектування" Державного ун!верситету ,,Льв1всыш пол!техн1ка"

Науковий кер!вник : доктор техн1чши наук, професор В.О.Коваль

Науковий консультант : кандидат техн!чниг наук, доцент 1.1.Мотива

0ф1ц1йн1 опоненти : доктор техн!чниг наук, доцент Когут Василь Михайлович кандидат техн1чних наук, доцент Вен1ков Дмитро Петрович

Пров1дне Шдприемство : Льв1вський науково-доол!дний

рад1отехн1чний 1нстигут

Захиот в1дбудеться " /О " кв1тня 1996 року о 46°° на зас1данн! спец1ал1зовано1 ради К04.06.06 при, Державному ун!версигет1 "Льв1воька пол1техн1ка" • за адресов : 290646 , м.Льв1в-13, вул.- С.Бандери 12.

3 дисертаЩею мокна ознайэмигись в науково-техн1чн1й 01бл1отеЩ ун1версигету за адресою : 290646 , м. Льв1в-13, вул. Професорська 1.

Автореферат розЮланий " 4 " Оерезня 1996 року.

Вчений секретар спег"ал1зовано! рада к.т.н.

С.П.Ткачвнко

ЗАГАЛЬНА ■ ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

АктуальнЮть проблеми.

В процео! виробницгва, експлуатацП та збер1гання рад!о- ' електронн! засоби (РЕЗ) дуже часто Шдлягаюгь вгшиву зовп!шн1х механ!чних навантажень: в1брац!й, ударних навантазкень, л1н1йних прискорень,■ир мохе призвести до механ!чних порушень в окремих П елементах, порушити нормальн! режими роботи, або нав1ть повн1стю. вивести 1з ладу деяк! компонвнти РЕЗ.

Тому забезпечення в1брост!йкост1 та в1бром!цност! РЕЗ е актуальною задачей, особливо в умовах винористання радюелектрон-но! апаратури ври зросташих евидкостях 1 складах динам1чних на-вантакеннях на .сучасних рухомих нос1ях, а такох ¡коротких вимогах до масогабаритних показник1в апаратури. Усп!шне вир!шення дано!' проблеми мокливе т1льки з використанням сучасних засоб1в автома-тизованого проектування та нових 1нформащйних технолог1й.

Ядром■система проектування е коделюта частина, яка •повинна забезпечити достов1рн!сть отриманих результат!в, в!д чого будуть •залэасати наступи! етапи проектування. Моделивання систем в!бро-1золяц11 як одного 1з найрозповсвдхен!ших засоб!в забезпечення в1бром1цност! та в1брост!йкост1 РЕЗ на ранн!х етапах проектування дозволяв визначиги та оптим1зувати цараметри системи, уникнути дорогих гомияок, а такох суттево скоротити виграти часу на експе-риментал1>ну доводку кояструкц!? на заключних стзд!ях. Точн1сть Г достов!рн!сть результат!в моделювавня систем суттево заложить в!д.точност1 та адекватност! моделей елемент!в системи та метод!в ■ анал1зу II режим!в.

Сл1д в1дм1тити, щр розробка моделей, I особливо форма IX програмно! реал1зацИ т,1сно пов'язан! з алгоритмами формування р!внянь, методами анал!зу 1 методологию проектування будь-яких складних систем. Тому проблема розробки б!бл1отеки моделей базо-вих компонент!в вйникас завжди сум!сно з розробкою нових метод!в I алгоригм!в анаЛ1зу систем.

Програмне забезпечення систем автоматизованого проектування. е самэ по соб! складной системою, тому при його створенн1 необ-х!дно ор1ентуватися на дрогресивн! технологи розробки та icsymt 1нструментальн1 засоби 1х Шдтримки.

. В цьому напрямку в останн1й час все б1льшу ува^у привертае об'ектно-ор!ентоване проектування-та програмування. I хоча як п1дх!д до проектування в!н не новий, розвинен! 1нструментальн!

засоби його Шдтримки з'явшшся недавно (Turbo Vision в мов! Pascal, С++, Snal Italic I т.п.). Очевидно, шр нов! розробки в облает! автоматизованого проектування сл1д ор1ентувати на так! сучасн! засоби.

Анал1зу механ!чних конструкцШ РЕЗ, а особливо систем вЮро-1золяц11, присвячено багато роб1т, але в переважнШ 01льшост1 вони' ор!ентован! на використання анал1тичних метод!в та моделей (метод Лагранна, р!вняння Гам1льтона), щр суттево утруднюе засто-сування IX в системах автоматизованого проектування, оск!льки при алгоритм1зац11 процесу формування р!внянь виниааюгь труднощ!, пов'язан1 з вибором узагальнених координат I обчисленням роботи на в!ртуалъних перемИценнях, значно утрудятктьсяврахування особ-ливостей реальних конструкцШ (похибки монтажу.1 розм!р!в, специ-ф!ка просторового на:штаження). Кр1м того використання традицШ-них метод!в ускладнюе застосування еволтц1йного п!дходу до процесу проектування, який покладений в основу об'ектно-ор1ентовано-го проектування (ООП), а також не дозволяс в повнШ Mlpl реал!-зувати переваги ООП - використання вкразних- . засоб!в об'ектно-ор^нтованих мов програмування, п!дтршки повторного застосування окремих складових програмного забезпечення, створен-ня б!льш в!дкритих систем.

Метой дисертзц1йно! роботи е розробка д1акоптичних метод!в та алгоритм!в анал!зу просторових конструкцШ РЕЗ як мвхан1ЧЕКх систем 13 зосередкешми параметрами, моделей базових елемент1Е таких систем, а такок метод!в IX реал1ззцП на баз! оО'ектно-ор1ентованого п!дходу в програмно-методичному комплекс! конструкторсышх САПР РЕЗ для скорочення тера1н!в проектування та зменшення витрат на експерименталЬну доводку досл!дних вз!рц1в. .

Для досягнення поставлено! мети необх1дно вир1шиги так1 задач! :

1. Розробиги методику моделжвання вЮрацШ.в конструкщях РЕЗ,.щр Оазуеться на д1акоптичному Шдход!.

2. Вэзробити метод геометричюго анал!зу складних просторових механ!чних систем, шр дае мокливЮть отримати початкове.ваближен-ня для розв'язку наступних задач. •

3. Розробиги метод статичного анал!зу механ!чних систем, 'який дозволяе враховувати особливост! кокно! конкретно! системи та умови просторового навантаження.

4. Вэзробити метод динам!чнопз анал1зу механ!чних систем, сз ба-зуеться на р1вняннях к!нетостатики 1 дозволяе враховувэти умови просторового навантаження та особливост! реальноI скстеми.

5. Розробити модел! компоненПв механ!чних систем, як! передбача-даь умови просторового навантаження I даюгь можливють проводиги анал!з режим!в системи при врахуванн! особливостей !х струтури та функцюнування.

6. Вэзробити програмно-методичний комплекс для моделювання в!бра-ц!й в конструкц1ях-РВЗ !з використанням прогресивних технолоПй та сучасних 1нструментальних засоб!в 1х п!дтримки.

Методи досл!даень вюшчаюгь метода системного анал!зу, . теоретично! та приклада! механ!ки, опору матер!ал!в, математичного моделювання, обчислюзально! математики, об'ектно-ор1ентованого проектування, прикладного та системного програмування.

На захист виносяться так! положення :

1. Методика моделювання в!брац!йних процес!в в конструкц!ях РЕЗ, побудована на принципах об'ектно-ор!ентованого проектування, яка дозволяе ан'ал1зувати складн! 'механ!чн! системи в умовах просторового навантаження.

2. Методи геометричного, статичного та динам!чного анал1з!з меха-н1чних систем, цо дозволяигь враховувати особливост1 конкретних механ1чних систем 1 базугоься на принципах д!акоптшш 13 використанням методгв теорП матриць.

3. Узагальнен! юдел! пружних елемент!в та елемент1в зв'язку систем в!бро1золяцП РЕЗ, як! даюгь, можливють будувати математичн1 модел! конкретних елемешчв конструкц!й ! враховуюгь особливост! розроблених метод!в анал!зу.

4. Математичн! модел! широкого класу сер!йних в!бро1золятор!в РЕЗ, шр враховуюгь особливост! 1х конструкц!й при просторовому навантаженн! I реал!зован! у вигляд! об'ектно-ор1гнтовано1 616-л!отеки моделей.

5. Програмно-методичний комплекс моделювання в!брац1й в конструк-ц1ях РЕЗ, шр базуеться на принципах об'ентно-ор1ентованого проектування 1 дозволяе проводите геометричний, статичний та динам!ч-ний анал!з систем в!бро1золяц11.

Наукова новизна роботи : - розроблена методе?« моделювання в1брац1й в конструкц!ях РЕЗ, ер включае геометричний, статичний та динам!чний анал!з, як!, на в!дм!ну в!Д 1снуших, базуються на принципах д!акодтики та теорП

- е -

мереж 1 дозволяють ефактивно застосувати об'екгно-ор!ентований п1дх!д до проектування;

- розроблен1 узагальнен1 модел1 базових компонену 1в механ1чних систем (пружних елеменг1в та елеменПв зв'язку) у вигляд! багзто-полюсншив, для яких характерно: £и визначаються у локальн1й систем! координат, незалежно в1д структури системи, в як!й вони викорисговукгься;

- розроблен1 математичн! модел! сер!йних пругинних, гумово-мета- ■ л!чних, тросових в1бро1золятор1в та Б1бро!золятор1в 1з матер1алу MP для в!брозахисту РЕЗ, що базуюгьс'я на узагальвен1й модел! 1 дозволяють враховувати особливост.1 конкретних конструкц!й; :

- розроблена об'ектно-ор1ентована б1бл!отека моделей базових компонент систем в!бро!золяц11 РЕЗ, яка вкладе шдел] пружних еле-мент!в та модел! е^мент!в зв'язку 1 • в1дкрига для розширень объектами, класами та методами;

- розроблен! склад 1 структура програмно-методичного комплексу для моделювання в!брац!йних процес!в в конструкц!ях_РЕЗ, в основу якого юкладен! принцшш об*ектно-ор1е1ггованого проектування.

Практична Щнн!сть роботи :

1. Розроблено метод геометричного анал!зу складних механ!чних систем, який дозволяе отримувати дан! про взаемне розм1щення окремих елеменпв, координати розд!ляючих перер1з!в, неточност1 монтажу та !нш! геометричн! характеристики конструкцП РЕЗ, що да с к'.оалив!сть значно свростити опис структури системи на р1вн1 вх!дно! мови.

2. Вэзроблено метод анал1зу статичного режиму механ!чних . систем, який дозволяе проводити розрахунок кригичних навантажень в конструкциях, а також обгруытування - правильност! вибору в!бро1золя-тор!в.

3. Розроблено метод динам!чшго анал!зу складних механ1чних систем, ир базуеться на принцип! Даламбера та методах д!акоптики 1 теорП мереж, який дозволяе визначити динам!чне навантаження. на конструкцП РЕЗ та оц1нхвати ефекгивн1сть систем в1бро1золяц11 на ранн!х стад1ях проектування.

4. Pea л 1зо ваш, у вигляд 1 б1бл1отеки об'ектно-ор!ентованих моделей, математичн! модел 1 конкретних сер!йних в1<5ро!золятор!в ИЗ.

5. Вэзройлена структура та реал1зовано програмно-методичний комплекс, який використовуе розроблен! метода та модел1, базуеться на принципах о б • с к.т ко -о р t с нт о аа ного проектування I дозволяе проводки моделхзання вЮраЩйких процес!в в конструкщях РЕЗ, пор!в-

нивати р!зн! вар!анти конструктивних р1шень, вибирати з них кращ!, шр в Щлому дае можливють п!двищиги як1сть результата, скоротити час та вартють проектування.

Реал1зац!я результат1в роботи. Теоретичн! I практичн! результати досл!джень впровадхен! у ВО "Орюн" (м. Терношль) та НДГП ПАР I СУ (м. Льв1в) а також в нав-чальний процес кафедри САПР Державного ун!версистету "Льв1вська пол1техн1ка" у навчальних дисцишПнах "Математичне забезпечення САПР" I "Математичне моделювання в САПР" та при проведенн1 дипломного проектування.

Апробац1я роботи. Ochobhi положения 1 результати дисертац!йно! роботи. допов!дались • 1 обговорювались на таких науково-техн!чних конференц1ях та сем!-нарах : ВсесоюзнШ науково-техн!чн!й конференцП "Лроблеми забезпечення високо! над1йност! м!кроелектронно! апаратури" (Запо-р!жжя,1990р.); зональних конференшях "Автоматизац!я конструк-торського проектування PEA I КОД" (Пенза,1985,1986,1988р.р.); Всесоюзн1й школ!-сем i нар I "Дзсв!д розробки приладо-технолопчних САПР" (Льв1в,1991р.); координац!йн1й нарад1 секц!! САПР 'ГПВ (Льв!в,1988р.); науково-техн!чн1й конференци "Машинне моделюзан-ня I забезпечення над!йност! електронних пристро1в" (Бердянськ, 1993р.); II та III Шжнародних науково-техн!чних конференщях "Дрсв!д розробки I застосування приладо-технолоПчних САПР в м1кроелектрон!Щ" (Льв!в,1993,1995р.р..); обласних науково-тех-н!чних конференц!ях "Проблеми вдосконалення рад1оелектронно1 апаратури" (Льв!в,1985,1989р.р.); науково-техн1чних юнференц1ях професорсько-викладацысого складу Державного ун!верситету "Льв!вська пол1техн!ка"(1984-1993р.р.). ДисертаЩйна робота допо-в1далась на кафедр1 "Конструхвання 1 технолоПя радюапаратури", а також в повному обсяз! на кафедр! "Системи автоматизованого проектування" Державного ун!верситету "Льв!вська пол!техн!ка".

Лубл1кац11. Основн! положения I результати дисертащйно! роботи в!дображен! в чотирнадцяти друкованих працях.

Структура та об'ем роботи. Дисертац1йна робота займас 115 стор1нок машинописного тексту I складаеться !з вступу, чотирьох розд!л!в, bkchobkIb, списку л1тератури та додатк1в. Работа м!с-тить 42 рисунки, 5 таблиць. Б1блюграф!чний список складаеться 1з 176 назв.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! викладена загальна характеристика роботи, обгрунто-вана актуальн!сть вибраного напрямку досл1джень, визначена мета 1 ОСНОВН1 задач1 досл!джень, сформульован1 наукова новизна роботи, практична ц!нн!сть отриманих результат^, положения, шр виносять-ся на захист, а також короткий зм1ст роботи.

Перший розд!л присвячений особливостям моделювання в1брац!й в конструкц!ях РЕЗ. Розглянуто метода захисту РЕЗ в!д зовн!шн1х механ1чних вшшв!в. Показано, шр найб!льш доступним 1 поширеним е захист РЕЗ за допомогою пасивних систем в!бро!золяц111, як! представлять собою склада! механ!чн! системи.

На основ! детального анал!зу зроблено висновок, щр роботи ш методах моделшання систем в!бро1золяцП умовно мохна под!лиги на дв! велик! групи.

В роботах першо! групи створшгься теоретичн! засади моделю-вання, звичайно, вих1дн1 р1вняння базугоься на р1вняннях Лагранха другого роду або р!вняннях Гам1льтона. Можливост1 автоматичного формування цих р!внянь по опису системи а такох особливост! реа-л!заци алгоритм!в на ЕОМ, як правило, не розглядаюгься.

фуга група роб!т присвячена розробц1 практичних методик проектування систем в!бро1золяц11. Метода ор!ентован! на "ручний" обрахунок або на застосування простих допом1хних засоб!в обчис-лень. Модел1 духе спрош,ен1, вводиться досигь груб! пршущення, наприклад, припущення про виконання умов рац1онального монтажу, коливальн! нроцеси розглядаюгься в л!н!Йному наблихенн1. Алгорит-ми духе просто реал1зуггься на ЕОМ, але II мохливост1 по сут1 не використовуюгься.

Вэзглянут! метода в перевахн!й б!льшост1 значно утрудншгь застосування д!акоптичного шдходу, тому не дозволяюгь ефективно використовувати метода оО'ектно-ор!ентованого проектування 1 програмуванвя, як! стаюгь основою для проектування складних об'ект1в 1 систем.

В зв'язку з цим виникае необх1дн!сть розробки д!акоптичних метод1в 1 алгоритм1в анал1зу просторових конструкцШ РЕЗ та моделей базових елемент!в таких систем.

00грунтована 1ерарх!я таких моделей, яка вшшчае три р!вн1 ! дозволяв об'еднати на кохвому 1з них найб1льш' характерн! модел1 конструкЩй. Детально розглянута побудова моделей конструкцШ на кохному 1з р!вн!в 1ерархЦ.

У другому розд1л! розроблена методика моделнвання в!брэц1й-них процес!в в конструкЩях РЕЗ. Виходячи з принцип!в об'ектно-ор1ентованого проектування методика представлена як посл1довний 1терац!йний процес, шр екладаеться з ряду етап!в.

Перший етап - знал!з структури системи. На цьому етап! роз-робнин анал!зуе склад I структуру механ!чно! системи, яка в!добра жае реальну конструкЩю РЕЗ. Ввд1ляюгься елементи, способи 1х з'еднання, приймаюгься певн! припущення, виходячи 1з розробленот iepapxll моделей. -

Другий етап - побудова схеми. Будуеться схема, шр в1добрзжае структуру, склад, взаемне розм1щення елемент!в. Вводиться 1нфор-мац1я про Щ дан!, яка служить вх1дними даними для наступного етапу.

Геометричний внал1з. Користувач, по зак1нченн1 цього етапу, отримуе 1нформац1и про просторову структуру системи, координати необх!дних елеменПв у глобальнШ систем! координат.

На наступному етап1 (обробка результат1в геометричного анал!зу) приймаеться р!шення про перех1д до статичного анал1зу, або про пов'ернення на попередн1 етапи-.

Статичний анал1з. На цьому етап!, 1з використанням даних, отриманих пЮля зак1нчення геометричного анал!зу, знаходяться не-в!дом! сипов! фактори в необх1дних точках системи (реакцП та момента), а такоя перем!щення 1 кути повороту, тобто визначаеться положения статично! р!вноваги системи.

Шсля зак1нчення статичного анал1зу, на етап1 обробки результат !в статичного анал!зу, визначаеться мо&ливють переходу до наступного етапу, чи пов8рнення на попередн!.

Етап динам!чного анал!зу дозволяе отримати необхГдн! дан1 про перем1щэння <л1н!йн! 1 кутов!), а також визначши прискорення елемент1в 1 частоти власних коливань системи для вшадку малих коливань в!дносно положения статично! р!вноваги.

Шсля цього, при обробц! результат!в динам!чного анал1зу, надаеться можлив!сть повернутись на попередн! етапи знову.

Етап анал1зу результат!в моделювання моке стати заклвчним у випадку, коли отриман! результати задов!льняють розробника. У противному вшадку виникае необх!дн!сть у модаф!кац!! складу 1 структури системи ! поверненн! на попередн1 етапи.

Запропонована методика дозволяе шляхог !терац!йного нэбли-хення отримати структуру системи, яка задов1льняе вимоги, котpi ставить до не! користувач.

Виходлчи з принципу д!акоптики, для авал!зу складна мехэнзч-на система розчленовуеться плоскими перер!зами на окрем1 компо-ненти - Сазов! елементи та шарн!ри. Припускаеться, щр в плоских перер!зах винта юг ь нормальн! 1 дотичн1 напруження, як1 розпод!-лен1 достатньо р!вном1рно 1 при розгляд! р1вноваги перер1зу можна привести до системи сил 1 момент1в, зосередасених в центр! жорст-кост! перер!зу. При рус1 системи та деформаШях елемент1в розд!-лшч1 перер!зи залишаоться плоскими.

Розроблено метода геометричного, статичного та данам1чного анал!з!в механ!чних систем, як1 базуетгься на принципах д1акоптики 1з вихористэнням метод1в теорП матриць.

Застосувавши метод д1акоптики, для кожного базового елемента чи шарн!ра, як багатополюсника, можна побудувати сп!вв!дношення:

M (|¡Lfi 11 )

(i>

де: га - к!льк1сть полис 1в (перер!з!в) багатополюсника; п - вектор координат 1-го перер1зу багатополюсника в локальн!й систем! координат; М(||Ье||)- функц!я в1д матриц! характеристичных параметр^.

Тод1, для механ!чно1 системи р!вняння, як! описуюгь II гоометр1ю в матричн1й форм1, записуюгься у вигляд1:

н о т - о (2)

Дан! р!вняння в1дображаюгь умови нерозривност!. У р1вняннях (2): н - матрица контур!в мереж! !з багатополюсниками; о - матрица перетворання координат 1з локальна! системи в глобальну декар-тову систему.

Для статичного анал!зу кожний базовий елемент описуеться системою р1внянь, як! зв'язукггь узагальнен! перемИцення перер!з!в (вход!в) !з узагальненими силами в цих перер!зах у локальн!й систем! координат, яка вибирасться для конкретного типу елемента:

51

52

ri R2

rm

(3)

дэ: вектор реакц1й в 1-му перер1з!; St- вектор перем1щень 1-го серер!зу; га - к!льк!сть з*еднувальних перер1з!в (вход!в)

еломьнта.

В оитему сил мохе також вклтеатися сила, прикладена в точц1 вг.оран^: ст.;темч координат (сила ваги або сила 1нерц!1).На склад-

F

н!сть структури элемента принципових обмежень не накладасться.

Шарн1ри - це в!льн1, частково в1льн1 або не в1льн! елементи, як! 1.9 описуигься р1внянЕЯМИ (3) 1 як! фактично можна представити у вигляд! 1деального елемента 1з в!домою к!льк!стю ступен1в в!ль-ност1. Шарн1р визначае стос1б з'еднання елемент1в у систем! 1 описуеться двома системами р!внянь - р!вняняями р1вноваги уза-гальнених сил, прикладених до його перер!з!в (вход!в> (4) та р!в-няннями зв'язку перемт нь вход!в (5).

ги К2

Бт

(4)

(5)

де: вектори реакщй та перемИдень 1-го перер!зу, в!ддао-

в!дно; о, и - вектори зовн!шн1х зусиль ! перем1щень центра сар-н!рз; га - к!льк1сть перер!з!в шарн!ра.

Зовн1шн1 зусилля 1 к!нематичн! зм1щення прикладаються т!лыш до Еарн1р1в, точн!ше до деяких точок, нр назизатоься центрам парн1р!в.

ПриЯвявши до уваги розроблен! модел! базових елемент1в та шарн1р1в, формуемо повну систему р1внянь, ¡до описуеть статичний режим складно! механ!чно1 системи у вигляд!:

{р а к + а = о (6)

в в и + и = о (7)

Ивняння (6) в1добража!оть р!вновагу силових фактор!в у пере-р!зах, а р!вняння (7) - умови нерозризност! механ!чноГ системи. У даних р1вняннях : р - матрица перер!з1в, у яку входять матриця включенВя багатополюсник!в та допом1зсна матриця для побудови р1в-нянь р!вноваги для кожного багатополвсника; о - вектор зовнишх силових фактор1в; ж - матриця перетворевь координат; в - матриця контур!в мерех1 !з багатополгсниками, вдэ об'еднуе контурну матри-цю вклшень багатополЕсника та допом!зсну матрицю для побудови р!внянь, як! описугоь багатополясник в перем!щеннях; в - матриця перетворевня координат; и - вектор зовн1шн1х перемидень.

При анал1з! динам1чного режиму конструкц1й РЕЗ лриймземо так! допудення: розглядапгься мал! коливэння в!дносно положения

статично! р!вноваги; конструкц!я РЕЗ представляеться як складна механ!чна система 1з зосередженими параметрами; до системи можна застосовувати метод д!акоптики, тобто II можна розбити на окрем! елементи, характеристики яких визначаюгься попередньо.

1з врахуванням розроблених моделей базових элемент!в та шар-HlplB повна система р1внянь, щр описуюгь режим малих коливань конструкцП РЕЗ як складно! механ1чно1 системи будуеться у вигляд1:

par + q+ i+ w- 0 (8)

G в S + U - 0 (9)

Р1ВЮШНЯ (8) в!дображаюгь р!вновагу силових фактор!в у пере-р1зах. По принципу Даламбера в дан1 р1вняння включено 1нерц!йн1 сипи та сили внутр1шнього опору. Сили внутр1шнього опору (втрати) приймэюгься пропорЩйними швидкост! деформацп по ■ г1штез! Фойгта, щр в!доов!дае деформувашш матер1ал!в !з явно вираженим пневмоефектом 1 духе часто застосовуеться для модалювання втрат в амортизаторах РЕЗ. Р1вняння (9) в1дображаюгь умови нерозривност!. У р1вняннях (8),(9): р - матрица перер1з1в; о - узагальнений вектор зовн!шн!х силових фактор!в; а,в - матриц! перетворень координат; I - матриця 1нерц!йних. характеристик; w - матриця сил внут-plшнього опору; g - матрица контур 1 в мереж! 1з багатошлюсвикамк; и - вектор зовн!шн1х перем!щень. Матриця с1чеш> р та матрица контур!в g будуеться таким же чином, як 1 для статичного анал!зу.

Реал!зовано алгоритми описаних виде геометричь х>, статичного та динам1чного анал!з!в, шр входять в розроблену методику.

Розроблего узагальнен! модел1 прухних елеменПв та елемент1в зв'язку механ!чних систем, котр1 дозволили побудувати математичн1 модел1 конкретних елеменПв конструкЩй, враховуючи особливост1 розроблених метод1в анал!зу.

У третьому розд!л! проведено анал!з конструктивних особливо-стей сер1йних амортизатор!в РЕЗ, який дозволив ввд1лити найхарак-терн1ш! пружн! елементи, шр входять в.IX конструкцП.

На основ! приципу д1акоптики реал!зовано такий п!дх!д до по-будови математичних моделей амортизатор!в та IX прухних елемент1в.

1. Амортизатор (прухний елемент) розглядаеться як умовний К-полюс ник, у якому з кожним полюсом зв'язано шють пружн 1х реак-ц!й, як! дють у центр! перер!зу кр!плення.

Z. Припускаеться л!н1йна залежн!сть м!ж перемщеннями по узагальнэних координатах та пружними реакц!ями для малих коливань

амортизованого виробу в1дносно положения статично! р!Еноваги.

3. Враховупгься вс1 можлив! л1н1йн! 1 кутов! перем1щення в кожному перер!з! крIдлення, а також взаемозв'язок м!ж перемИцен-нями по р!зних координатах.

4. Вграти енергП на дёмпфування враховуюгься у вигляд1 кое-ф1ц!ент1в дёмпфування.

При такому п1дход1, узагальнен! перемщення. перер!з!в (вход!в) зв'язан! 1з узагальненими реакц1ями в перер!зах залежн1ств:

а С11... С*ы о«

52

5т

"м* йы

с ... с

Ог

Он

(Ю)

Дв:

а » Ц ^ И1 К1 М1, М1 М11

ь 1 х у а х у 2 1

| ДХ1 Ду. А21 Ар. А«. Д81 |

1С, Еу, Р^ - зусилля в 1-му перер1з1;

, М" , моменти в 1-му перер1з1;

X у X

дхь, дус, Д2. - л1н1йн1 перем!щення;

др. , дч>1, де. - кутов! перемщення.

Матриця коеф!Щент1в податливост1 с симетрична в!дносно головно! д!агонал1 1 складаеться з блок1в С1'. Кожний блок включав 36 коеф!ц1ент!в податливост! с^ (1.т=1.....6), як! зв-язуюгь

перемщення (кут повороту) по координат! 1 в 1-му перер!з! кр!п-лення з реакщею по координат! ш в J-мy перер!з!.

Така модель дозволяв:

1. Враховувати просторове навантаження 1з врахуванням взаемозв'язку деформад!й по р)зних координатах.

2. Анал1>гично обчислгвати коеф1ц!енти податливост! 1 жорст-кост1 з врахуванням конструкц1й конкретних тип1в амортизатора (пружних елемент!в).

3. Пор1вняно легко отримати методику вим1рювання коефЩ1ен-т!в податливост1 вбо юрсткост1.

Детально розроблено модел1 пружних елеменПв у вигляд! ци-л!ндрично! ! кон1чно1 пружини, як! базуюгься на узагальнен!й мо-

дел! базових елеменПв. 1з використанням метод!в прикладно1 меха-н!ки та опору матер!ал!в виведен1 сп!вв!днотення для обчисленвя параметра цих моделей в анал!тичн!й форм!.

На основ! узагальнено! модел! базових елемент!в та моделей пружних елеменПв розроблено модел! широкого класу сер1йних амортизатор^: прухинних (АПН, АФД, АД); тросових (АТЦ, АТГ); амор-тизатор!в 1з структурними прухними елементами (ABC, АШС, ДК).

Чбтвертий розд!л присвячений розробц1 програмно-методичного комплексу (ПМК), його математичного, програмного, 1нформац1йноги та л!нгв!стичного забезпечення. Визначено особливост1 побудови I фукдюнування ПМК.

Виходячи 1з вимог забезпечення адаптованост1 програмно реа-л!зованих,моделей 1 метод1в до об'екта, умов та засоб1в проекту-вання 1 враховуючи 1деолог1ю об'ектно-ор!снтованого проектування, в структуру ПМК включено:

- MOHlTop д!алогового типу, який забезпечуе "дружн!й" !нтер-фейс 1з користувачем;

- cepBlCHl модул1 (модуль управл1ння вводом-виводом 1нформа-цп на зовн1шн1 носИ; модуль управл1ння анал!зом, який' реал1зуе керування процесом модалпвання; модуль управл!ння базою даних, шр забезпечуе занесения, зчитування 1 коректування 1нформац11 у БД, а такох передачу необх1дно! 1нформац11 з оперативно! бази даних у БД);

- база даних (БД), у як!й збер1гавгься дов1дков1 . дан1 по конструкц1ях, а такох результати моделх ання (геометричного, статичного та динам1чного анал1з1в) конструкц1й РЕЗ;

- оперативна база даних (ОБД), у яку записуггься пром1жн1 результати моделшання;

- б1бл!отека моделей (БМ), щр вм!шуе програмно реал1зован1 модел1 елемент1в конструкц1й РЕЗ.

Запропонована структура дозволила ефективно реал1зувати роз-роблену методику моделшання, метода анал!зу 1 модел1 компонент.

Описано математичне, програмне, л1нгв1н!стичне та 1вформа-ц!йне забезпечення ПМК. Детально розглянута об* екгно-ор1еитована б!бл!отека моделей.

Вс! складов1 частини ПМК, в тому числ1 I . модел! компонент реал!зован1 на алгоритм!чн!й мов! С++.

Проведено анал1з результаИв .моделгвання в1брац1й в конст-рукц1ях РЕЗ, який дозволив зробиги висновок, шр застосування роз-роблених на основ! д!акоптичного п!дходу моделей, метод!в та

алгоритм1в в коплекс1 1з використанням 1нструментальвих засоб!в об'ектно-ор1ентованого проектування та програмування е доц!льним та результативна.

У додатках приведена детальна розробка моделей пружних еле-мент!в 1з гуми та матер!алу МР (додаток 1), а також тросових пружних елемент1в (додаток 2).

. 0СН0ВШ РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

Проблема забезпечення в1брост1йкост! та в!бром1цност! РЕЗ достатньо актуальна в сучасних умовах використання радЮелектрон-но! апаратури. Для усп!шного вир1шення дано1 дроблеми е необх!д-нкм використання сучасних засоб!в обчислквальнот техн!ки та !нформац!йних технолоПй, а також точних 1 эдекватних моделей компонент механ!чних систем та метод!в анал!зу режим1в 1х роботи. Однак, наявн! метода та моделI не дозволяюгь ефективно розв'язати поставлену задачу.

При виршенн1 комплексу задач, пов'язаних з розробкою мето-д!в, алгоритм1в 1 моделей для моделювання ЫбраШйних процес1в в конструкц!ях РЕЗ отриман! так! результати.

1. В результат! анал!зу проблеми моделювання в1брац!йних процес1в в конструкЩях РЕЗ як складних механ1чних систем розройлена три-р!внева !ерарх!я моделей компонент, яка випливае як з особливос-тей конструктивного виконання, так I з особливостей задач анал1зу..

2. Сформульована методика моделювання в1брац!й в складних меха-Н1ЧНИХ системах, яка включае геометричниЯ, статичний та динам!ч-ний анал!з 1 на в!дм!ну в!д в1домих, базуеться на вшсористанн! метод!в теорп мере», методу д!акоптики та принципах ООП.

3. Розроблено та реал1зовано метод та алгоротми геометричного &нал1зу, як! в1дсутн! у в1домгас методиках 1 даюгь можлклсть отримати дан! про структуру мехаи!чно! системи та II геометричн! параметри.

4. Розроблено Та реал!зовано метод та алгоритми статичного анал!-зу, як1 базуеться на р1вняннях р!вноваги силових фактор!в у пере-р!зах та умовах нерозривност! 1 в пор!внянн! з !снугчкми дозво-ляють пор!вняно просто алгоритм1зувати процедуру формування системи р1внянь статики.

5. Розроблено та реал!зовано метод та алгоритми динам1чного анал!зу складних механ!чних* систем, як! базуюгься на р!вкянкях

к1нетостатики 1 умовах нерозривност! I на в1дм1ну в1д зснуючих даюгь мозклив1сть визначиги динам!чн1 характеристики системи та ефективн1сть в!бро1золяцП конструкщй РЕЗ 1з врахуванням умов просторового навантаження.

6. Вэзроблено узагальнен1 модел1 пружних елемэнив та елеменПв зв'язку як екв1валентних багатополюсникових компонент складних коливальних систем.

7. Розроблено та реал1зовано у вигляд1 об'ектно-ор1ентовано1 616-лЮтеки модел1 основних тип1в сер1йних амортизатор1в та елеменПв зв'язку (шзрн1р1в) в конструкц1ях РЕЗ.

8. to OCHOB1 об'ектно-орзентованого п1дходу, реал!зовано програм-но-методичний комплекс, який використовус розроблен1 методи, алгоритми та модел! I призначений для моделгоання в1брац1йяих процесгв в конструкц!ях РЕЗ на р1зних етапах проектування, в тому числ1 1 на початкових. .

ПШПКАЦП ПО ТЕИ ДИСЕРТАЩШ01 РОБОТИ

1. Мотыка И.И., Каркулевский В.И., Смолий Б.И. Конечно-разностная модель печатной платы.// Теория и проектировала полупроводниковых и радою электронных устройств. Вестник ЛПИ, 1985, N 206. -Львов: "Выща школа", С. 91-93. /

2. Штыка И.И., Каркулевский В.И. Математическая модель пружинных амортизаторов РЭА.// Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств. Вестник ЛПИ, 1987, К 215. -Львов: "Выща школа", С. 69-72.

3. Мотыка И.И., Каркулевский В.И. .Обобщенная модель амортизаторов РЗА.// Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств. Вестник ЛПИ, 1988, И 226. -Львов: "Выща школа", С. 51-53.

4. Каркулевский В.И., Кледор И.Н., Пайонк П-В. Модели компонентов механических цепей.// Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств. Вестник ЛПИ, 1989, N 236. -Львов: "Выща школа", С. 58-61.

5. Каркулевский В.И., Мотыка И.И. Уравнения статического ' режима систем виброзащиты.// Теория и проектирование полупроводниковых и радиоэлектронных устройств. Вестник ЛПИ, 1990, N 245. -Львов: "Вьща школа", С. 38-41.

6. Мотыка й.й., Каркулевский В.И.- Матрида вескости амортизаторов о коническими пружинами. - В сб. Автоматизация конструирования и технологической подготовки производства РЭА. - Львов, 1985. - С. 24-30. Деп. в УкрНИИНТИ 25.11.85, Ы 2615-Ук.

7. Штыка И.й., Каркулевский В.И. Математическая модель пружинных амортизаторов РЭА при пространственном нагружении. - В сб. Совершенствование методов проектирования и производства радиоаппара туры. - Львов, 1986. - С. 86-90. Деп. в УкрНИИНТИ 14.04.86,

N 1043-УК-86.

8. Штыка И.И., Каркулевский В.И. Математические модели амортизаторов РЭА.// Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА; Тез. докл. зональной конференции, Пенза, 1985. - С. 85-86.

9. Штака И.И., Каркулевский В.И. Алгоритмы анализа статического реяима систем вкбро защиты// Автоматизация конструкторского проектирования РЭА и ЭВА: Тез. докл. зональной конференции, Пенза, 1988. - С. 71-72.

10. Штыка й.й., $?ркулевсккй В.И. Алгоритмы форгяфозания уравнений механических систем с сосредоточенными параметрами.// Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронвой аппаратуры: Тез. дом. Всесоюзной конференции, Запорожье, 1990. -

С. 110-111.

11. Штыка Й.И., Каркулевский В.И. Автоматизированный анализ слоеных механических систем.// Опыт разработки и применения лриборно-тохнологичесних САПР: Тез. докл. Всесоюзной шяояы-семинара (феврзль,1391г.). Львов: ЛПО "Полкрон", 1991. С. 113.

12. Штина 1.1., Каркульовський В.1. 1срарх1я моделей для коделгь вання кехан1ки РЕЗ.// Досв1д розробки 1 застосування приладс-технолог!чних САПР в м1кроелектрон!ц1: Тез. доп. II М1жреспубл1-кансько! НТК (лпгий,1993), Льв1в: ВО• "ГЬлярон", 1993. С. 43.

13. Котика 1.1., Каркульовський В.I. Застосування мэтод1в теорп мереж для моделювання механ1чних систем.// Машишое моделирование и обеспечение надежности электронных устройств: Тез. докл. НТК, Бердянск, 199Э. С. 83.

14. Коваль'В."О., Мотика IЛ., Каркульовський В.1. Моделввання в1брац1й в конструктях РЕЗ.// Дэсв1д розробки 1 застосування припадо-технолоПчних САПР в м!кроелвотрон!ц!: Тез. доп. III Шжнародно! -НТК <лишй,1995), Льв1в: ВО "Шлярон", 1995. С. 111112.

Особиотий вклад автора в отриманн! наукових результат!в полягае в тому, щр положения, котр1 складаюгь суть дасертацИ були сформульован! 1 вир!шен! ним самост!йно :

1) анал!з проблеми моделшання в!брац1йних процес1в в конструн-ц!ях РЕЗ /8/;

2) розробка методики моделшвання в!брац1й в складних механ!чних системах, яка базуеться на використанн1 метод!в т.еорП мервж та методу д1акоптики /13,14/;

3) розробка метод1в геометричного, статичного та динам1чеого ана-л1зу механ1чЕих конструкцШ РЕЗ, як! базуигься на використанн1 метод1в теорП Mepes та законах механ1ки /5,9,10,11,13,14/

3) розробка узагальнено! модел1 пружних елемент1в механ!чних конструкцШ ИЗ, представлено! у вигляд! багатошлюонива /3/;

4) розробка нових, ориПнальних моделей сер1йних в1бро!золятор!в та 1нших компонент !в мэхан!чних конструкц!й РЕЗ, як! реал!зован! у вигляд1 оО'еЕтно-ор!ентовано1 б!бл!отеки моделей /1,2,4,6,7,8,12,14/;

5) розробка та реал1зац!я програмно-методичного комплексу для моделшання в!брац№ в конструкц1ях РЕЗ, який використовуе роз-роблен! метода та. модвл! 1 базуетьс.ч на ■ принципах об,ектно-ор1.ентованого проектузання /11,12,14/.

Огка, особистий вклад автора, в частин! кзтер1алу, покладе-ного в основу дасертацИ, с визначальнш.

Abstract

KanculJovsRyJ V.I. Development of methods simulating vibrations for the structures of radio-electronic devices (RED). Candidate of technical Sciences Thesis In speciality 05.13.05 -"Computer-aided design systems". State University "Lviy ft)lytechnic", Lvly, 1996.

Technique of simulation of vibrations in.the RED structures vhlch includes methods and algorithms of geometrical, static and dynamic analyses; generalized modal of elastic elements; mathematical models of the mechanical systems components are defended In this thesis.

It Is ascertained that the use of models, methods and algorithms, developed on the basic of dlacoptlc approach, together with software tools of object-oriented design and programming Is reasonable and effectIvS.

Аннотация.

Каркулевский В.И. Разработка методов моделирования зибрвциЯ в конструкциях РЭС. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.05 - "Системы автоматизации проектирования". . Государственный- университет "Лъвивська политехника", г. Львов, 1996 г.

В диссертационной работе защищается: методика моделирования . вибрационных процессов в конструкциях РЭС, которая включает мето-. ды и алгоритмы геометрического, статического и динамического анализов; обобщенная модель упругих элементов; математические модели компонент механических систем.

Установлено, что использование разработанных на основании диакоптического подхода моделей, методов и алгоритмов в комплексе с инструментальными средствами объектно-ориентированного проектирования и программирования целесообразно и результативно.

Клдчов! слова: САПР, РЕЗ, математична модель, в1брозахист, . в!бро1золятор, об'ектна-ор1ентоване проектування.

Подписано до друку ¿$.¿>2.96. Формат паперу 60x84 1/16 11атр газетный. Друк офсетний. Безкоштовно. Друкарських лист 1в 1. Зам.Э.З. Тирах 100.

1ГЩ "Агрософт" ы. 1ъв1в, Еуя. 700-ргччя Львова, 63а