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振動機械的應用

更新時間:2015-11-09   點擊次數(shù):1253次

工程上的機械振動問題,有一些可以簡化成一個或兩個自由度系統(tǒng)的振動問題。但也有很多問題,不能這樣采用過分簡化的力學模型進行分析。一般地說,工程上各種常見的機械零件、部件乃泵整個機器,總是山桿、梁、板、殼或其他各種元件組成的復雜的彈性結(jié)構(gòu),由于它們的質(zhì)量與剛度都具有分布的性質(zhì),理論上都是一些具有無限多自由度的系統(tǒng)。


  然而,在大多數(shù)情況下,往往可以對彈性體振動問題,從無限多自由度系統(tǒng)簡化為有限多個自由度系統(tǒng)進行分析,以得到它主要的、即較低頻率的一些振動特性與規(guī)律,這樣就往往可以滿足機器設計與使用上的要求。這種簡化分析的方法很早就被采用。以梁的橫振動與軸的扭振為例,過去常常采取直觀的方法,將梁或軸的分布質(zhì)量按一定規(guī)則聚縮成若干集中力量或者具有轉(zhuǎn)動慣量的圓盤,其間以不計質(zhì)量的彈性梁段或軸段相連接,并把作用在物體上的分布外力也都折算成集中力或力矩,作用在上述集中質(zhì)量或圓盤上。分析這樣有限個集中質(zhì)量或圓盤在外力及彈性恢復力作用下的橫梁振功或扭轉(zhuǎn)振功問題,就可以得到原來的梁或軸振動的一些低頻特性,統(tǒng)簡化為軸盤扭振系統(tǒng),就是一例;另外,過去計算中小型汽輪機發(fā)電機機組轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時,也往往不考慮回轉(zhuǎn)效應的影響,把轉(zhuǎn)子簡化成具有若千集中質(zhì)量的分段等截面梁,計算出這簡化系統(tǒng)的前幾階橫向振動頻率,就是轉(zhuǎn)子相應各階臨界轉(zhuǎn)速很好的近似值。這也是一個常見的例子。

    除了這種將分布質(zhì)量聚縮成集中質(zhì)量的離散化方法以外,還可以采用其他一些近似方法〔如瑞留一李茲法、伽遼金法),將無限多自由度的彈性體簡化為多自由度系統(tǒng)。近幾十年來,隨著電子計算機的廣泛應用,又發(fā)展了一種更有效的離散化的處理方法,那就是有限單元法。運用有限單元法,使任何復雜的彈性結(jié)構(gòu)的振動間題,都可以離散化成為近似的多自由度系統(tǒng)的振動問題。

工程上的機械振動問題,有一些可以簡化成一個或兩個自由度系統(tǒng)的振動問題。但也有很多問題,不能這樣采用過分簡化的力學模型進行分析。一般地說,工程上各種常見的機械零件、部件乃泵整個機器,總是山桿、梁、板、殼或其他各種元件組成的復雜的彈性結(jié)構(gòu),由于它們的質(zhì)量與剛度都具有分布的性質(zhì),理論上都是一些具有無限多自由度的系統(tǒng)。


  然而,在大多數(shù)情況下,往往可以對彈性體振動問題,從無限多自由度系統(tǒng)簡化為有限多個自由度系統(tǒng)進行分析,以得到它主要的、即較低頻率的一些振動特性與規(guī)律,這樣就往往可以滿足機器設計與使用上的要求。這種簡化分析的方法很早就被采用。以梁的橫振動與軸的扭振為例,過去常常采取直觀的方法,將梁或軸的分布質(zhì)量按一定規(guī)則聚縮成若干集中力量或者具有轉(zhuǎn)動慣量的圓盤,其間以不計質(zhì)量的彈性梁段或軸段相連接,并把作用在物體上的分布外力也都折算成集中力或力矩,作用在上述集中質(zhì)量或圓盤上。分析這樣有限個集中質(zhì)量或圓盤在外力及彈性恢復力作用下的橫梁振功或扭轉(zhuǎn)振功問題,就可以得到原來的梁或軸振動的一些低頻特性,統(tǒng)簡化為軸盤扭振系統(tǒng),就是一例;另外,過去計算中小型汽輪機發(fā)電機機組轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速時,也往往不考慮回轉(zhuǎn)效應的影響,把轉(zhuǎn)子簡化成具有若千集中質(zhì)量的分段等截面梁,計算出這簡化系統(tǒng)的前幾階橫向振動頻率,就是轉(zhuǎn)子相應各階臨界轉(zhuǎn)速很好的近似值。這也是一個常見的例子。

    除了這種將分布質(zhì)量聚縮成集中質(zhì)量的離散化方法以外,還可以采用其他一些近似方法〔如瑞留一李茲法、伽遼金法),將無限多自由度的彈性體簡化為多自由度系統(tǒng)。近幾十年來,隨著電子計算機的廣泛應用,又發(fā)展了一種更有效的離散化的處理方法,那就是有限單元法。運用有限單元法,使任何復雜的彈性結(jié)構(gòu)的振動間題,都可以離散化成為近似的多自由度系統(tǒng)的振動問題。

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