連桿機(jī)構(gòu)彈性振動(dòng)理論研究

與經(jīng)典彈性動(dòng)力學(xué)一樣，水彈性所研究的也是自由振動(dòng)和動(dòng)力響應(yīng)兩個(gè)基本問(wèn)題。

自由振動(dòng)問(wèn)題　主要是關(guān)于流體的存在對(duì)系統(tǒng)自振特性的影響和水彈性不穩(wěn)定性問(wèn)題。由于沒(méi)有外部激勵(lì)力，式(1)成為齊次的：

令自由振動(dòng)的位移矢量為：

則由式(2)可得水彈性系統(tǒng)的特征方程：

對(duì)于n個(gè)自由度系統(tǒng)，由式（3）求出n對(duì)復(fù)共軛特征值λj=αj±iβj(j=1,2,…,n)和相應(yīng)的特征矢量{φ}；它們是考慮了流體的存在而得到的水彈性系統(tǒng)的自振特性。特別是流速為零時(shí)彈性系統(tǒng)處于靜水中，這時(shí)流體的附連阻尼

水彈性自由振動(dòng)在一系列工程技術(shù)問(wèn)題中有應(yīng)用價(jià)值。例如在水利和水電工程中研究閘門(mén)和閥門(mén)的振動(dòng)時(shí)，常常要求計(jì)算閘閥水彈性系統(tǒng)的自振特性；在研究水電站的引水鋼管、與泵相連接的輸水管或輸油管的振動(dòng)時(shí)，要求計(jì)算管道水彈性系統(tǒng)的自振特性;在船舶工程中,要求計(jì)算船體及其構(gòu)件的水彈性問(wèn)題。關(guān)于水彈性不穩(wěn)定問(wèn)題，中國(guó)三義寨弧形閘門(mén)的振動(dòng)和美國(guó)某些錐形閥加勁板的破壞都屬水彈性不穩(wěn)定“顫振”現(xiàn)象的工程實(shí)例。

動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題　主要是關(guān)于流體和固體彈性系統(tǒng)相互作用過(guò)程中，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移的大小問(wèn)題。由于流體附連的動(dòng)載荷和外部激勵(lì)力同時(shí)作用于固體彈性系統(tǒng)上，運(yùn)動(dòng)方程式(1)中的外力矢量{F}因激勵(lì)形式和流體產(chǎn)生動(dòng)載荷的機(jī)制而異。一般可分為以下兩大類問(wèn)題。

靜水中工程結(jié)構(gòu)的水彈性動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題 　這類問(wèn)題的激勵(lì)力一般是由結(jié)構(gòu)自身的受迫振動(dòng)引起的。例如，在地震激勵(lì)下，水壩、水塔、閘門(mén)、管道、油罐等彈性結(jié)構(gòu)的抗震問(wèn)題；彈性結(jié)構(gòu)拋投入水的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題；火箭中液態(tài)燃料儲(chǔ)箱在外部機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)下的穩(wěn)定性分析問(wèn)題等等。

動(dòng)水中工程結(jié)構(gòu)的水彈性動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題 　這類問(wèn)題是“流體誘發(fā)振動(dòng)”這一廣泛研究課題的重要組成部分。激勵(lì)力一般首先是由流體的運(yùn)動(dòng)引起的，但彈性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能夠?qū)α鲌?chǎng)產(chǎn)生反饋，從而改變?cè)瓉?lái)的流動(dòng)狀態(tài)。由此產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用，且構(gòu)成的水彈性系統(tǒng)往往是非線性系統(tǒng)。下面是一些流體誘發(fā)水彈性振動(dòng)的典型問(wèn)題。

①旋渦誘發(fā)振動(dòng)　任何非流線型物體，在足夠高的恒定流速尃下,都會(huì)在物體兩側(cè)交替地產(chǎn)生離體旋渦,即卡門(mén)渦街，并產(chǎn)生垂直于流向的周期性激勵(lì)力。當(dāng)離體旋渦的頻率與水彈性系統(tǒng)的固有頻率相接近時(shí)，兩者會(huì)突然耦連而產(chǎn)生共振。這時(shí)受到共振作用的尾流，就周期性地把能量輸入彈性系統(tǒng)，并誘發(fā)彈性結(jié)構(gòu)的大振幅振動(dòng)，甚至導(dǎo)致結(jié)構(gòu)毀壞。旋渦誘發(fā)的水彈性振動(dòng)，能使水中拖曳測(cè)震檢波器的電纜以及潛望鏡之類的彈性結(jié)構(gòu)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生疲勞破壞。

②脈動(dòng)流誘發(fā)振動(dòng)　波浪、湍流和水聲都可以引起脈動(dòng)流。如果在流速尃上疊加一個(gè)隨時(shí)間變化的脈動(dòng)流速Umf(t)，即U=尃 Umf(t),就會(huì)在結(jié)構(gòu)物上激勵(lì)出順流向的力。脈動(dòng)流誘發(fā)水彈性振動(dòng)的研究對(duì)于海上結(jié)構(gòu)的安全有重要意義。1961年1月15日,美國(guó)新澤西州海岸外面的得克薩斯近海鉆井平臺(tái)4號(hào)塔架的失事,就是由海洋脈動(dòng)流誘發(fā)水彈性振動(dòng)的一個(gè)典型的實(shí)例。另外,船舶尾部高速轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳產(chǎn)生尾流場(chǎng)脈動(dòng)壓力并引起船殼的局部和總體振動(dòng)，這也是水彈性振動(dòng)中一個(gè)重要的待進(jìn)一步研究的領(lǐng)域。

③湍流誘發(fā)振動(dòng)　湍流產(chǎn)生的作用在結(jié)構(gòu)物表面的壓力脈動(dòng)所誘發(fā)的振動(dòng)是工程結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的水彈性問(wèn)題。由于湍流的脈動(dòng)壓力場(chǎng)在空間與時(shí)間上都是隨機(jī)性的，故這類水彈性動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題的分析必須按照隨機(jī)振動(dòng)理論來(lái)進(jìn)行。海上結(jié)構(gòu)在隨機(jī)波（由湍流風(fēng)切變引起）激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，核動(dòng)力反應(yīng)堆內(nèi)冷卻劑的湍性流動(dòng)激勵(lì)燃料棒的振動(dòng)問(wèn)題，湍流邊界層作用下水下潛體彈性構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，以及在強(qiáng)湍流或空化流條件下工作的某些水力機(jī)械和水工建筑物的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題，都屬于湍流誘發(fā)振動(dòng)問(wèn)題的研究范疇。

④船舶或海洋工程在洶濤波浪力作用下，誘發(fā)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)總振動(dòng)或局部振動(dòng)，即所謂“波浪彈擊”(slam-ming)現(xiàn)象是典型的水彈性力學(xué)問(wèn)題。迄今,以R.C.畢曉普和W.G.普賴斯為代表的“船舶水彈性力學(xué)”已相當(dāng)成功地應(yīng)用于船舶和海洋工程上,但尚局限于線性系統(tǒng),且結(jié)構(gòu)阻尼的確定還有待進(jìn)一步研究。

第1章 緒論

1．1 引言

1．2 振動(dòng)沉樁理論研究現(xiàn)狀

1．2．1 關(guān)于振動(dòng)沉樁的幾種理論

1．2．2 國(guó)內(nèi)外振動(dòng)沉樁建模研究

1．3 液壓振動(dòng)樁錘技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1．4 管道振動(dòng)抑制技術(shù)及輸流管路流固耦合研究現(xiàn)狀

1．4．1 輸流管路系統(tǒng)耦合振動(dòng)抑制研究

1．4．2 輸流管路流固耦合研究

1．5 液壓振動(dòng)錘系統(tǒng)同步技術(shù)理論研究現(xiàn)狀

第2章 面向地基土的振動(dòng)樁錘沉樁動(dòng)力學(xué)

2．1 概述

2．2 可調(diào)相位差和頻率的振動(dòng)沉樁穩(wěn)態(tài)模型

2．3 用傳統(tǒng)方法研究液壓振動(dòng)樁錘

2．4 新方法：面向地基土的液壓振動(dòng)樁錘研究

2．4．1 沉樁阻力研究

2．4．2 沉樁參數(shù)研究

2．5 液壓振動(dòng)樁錘穩(wěn)態(tài)特性參數(shù)的計(jì)算機(jī)仿真

2．5．1 用面向地基土法研究樁錘沉樁能力預(yù)測(cè)

2．5．2 沉樁過(guò)程樁一土體系動(dòng)態(tài)響應(yīng)

2．6 試驗(yàn)研究

2．6．1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

2．6．2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2．7 本章小結(jié)

第3章 液壓振動(dòng)樁錘管系振動(dòng)特性數(shù)值模擬及減振技術(shù)

3．1 振動(dòng)樁錘液壓主油管路三維流固耦合模型研究

3．1．1 zzYl60型振動(dòng)樁錘液壓系統(tǒng)回路及主管系簡(jiǎn)介

3．1．2 主管系流固耦合建模

3．2 主管系振動(dòng)特性數(shù)值模擬

3．2．1 樁錘液壓管系一可壓黏性油液FEM-FVM混合模型

3．2．2 沉樁過(guò)程主油路管系固有頻率分析

3．3 樁錘液壓路管系減振方案研究

3．3．1 樁錘液壓管系共振機(jī)理分析

3．3．2 卡箍調(diào)整固有頻率的管路減振方案

3．3．3 減振效果分析

3．4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3．4．1 試驗(yàn)?zāi)康?

3．4．2 試驗(yàn)方案與結(jié)果分析

3．4．3 試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果分析

3．4．4 試驗(yàn)結(jié)論

3．5 本章小結(jié)

第4章 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)錘線性系統(tǒng)耦合同步特性

4．1 概述

4．2 無(wú)相位監(jiān)控下新型液壓振動(dòng)錘同步系統(tǒng)機(jī)電液耦合建模

4．2．1 液壓驅(qū)動(dòng)的四軸慣性激振回轉(zhuǎn)系之間的耦合關(guān)系

4．2．2 電液比例調(diào)速四軸慣性激振系統(tǒng)的機(jī)電液耦合模型

4．3 振動(dòng)系統(tǒng)耦合同步動(dòng)態(tài)仿真

4．4 無(wú)相位監(jiān)控下新型液壓振動(dòng)錘穩(wěn)態(tài)振動(dòng)系統(tǒng)耦合同步條件

4．4．1 轉(zhuǎn)速特性解的推導(dǎo)

4．4．2 系統(tǒng)同步性條件建模

4．4．3 提高同步性措施

4．5 試驗(yàn)研究

4．5．1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

4．5．2 實(shí)驗(yàn)方案

4．5．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4．6 幾點(diǎn)結(jié)論

第5章 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)錘非線性系統(tǒng)耦合同步特性

5．1 概述

5．2 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)錘非線性振動(dòng)系統(tǒng)耦合同步模型

5．2．1 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)樁錘結(jié)構(gòu)

5．2．2 “錘一樁一土”振動(dòng)系統(tǒng)物理模型

5．2．3 液壓馬達(dá)模型

5．2．4 振動(dòng)樁錘“錘一樁一土”振動(dòng)系統(tǒng)方程

5．2．5 地基土滯回非線性模型

5．3 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)錘非線性振動(dòng)系統(tǒng)耦合同步特眭仿真

5．3．1 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)樁錘主要參數(shù)

5．3．2 系統(tǒng)耦合同步仿真建模

5．3．3 無(wú)同步齒輪液壓振動(dòng)樁錘耦合同步能力過(guò)程仿真分析

5．4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5．4．1 試驗(yàn)?zāi)康?

5．4．2 試驗(yàn)方案與試驗(yàn)條件

5．4．3 試驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果分析

5．5 幾點(diǎn)結(jié)論

參考文獻(xiàn)2100433B