Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Некоторые обобщения теории расчета колебаний с учетом демпфирования

..pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
3.3 Mб
Скачать

^£ f y ty iffx jc o s z a tx d T -

-

~C0s*zjcostdrj*

d x -

24

4

(52)

 

Подставляя (51) и (52) в (49) и (50) соответственно будем иметь

6A. z &Р*а-tepstbp

(я)

2лр

 

ЛЯ= }л£с(1рг-€Я{1О03У

(Я)

2 л а р

 

Подставляя (53) и (54) в разложения (8), найдем в первом приб­ лижении

(SS)

0 =/7'/■£«-

Пользуясь этими формулами .можно построить резонансную кривую коле­ баний любой конкретной колебательной системы,обладающей диссипатив­ ными свойствами, характеризующимися соответствующим логарифмичес­ ким декрементом или их суммой при наличии в системе различных по происхождению'источников энергетических потерь.

Положив в формулах ( 55 ) £д, zff, можно построить огибающую

. виброграммы затухающих изгибных колебаний системы с одной степенью свободы.

Рассмотрим.свобопиое затухание колебания груза на конце кон­ сольного дюралевого стержня круглого поперечного сечения с разме­ рами =235мм, cL =16мм. Пренебрегая гистерезисными потерями в материале, считаем, что все демпфирование обусловлено потерей энергии в заделку. Экспериментальную зависимость логарифмического декремента колебаний от амплитуды максимальных относительных де­ формаций, полученную в результате обработки виброграммы свободных

затухающих колебаний на участке

3 0 - /00ММг можно аппрокси­

мировать линейной зависимостью

 

 

 

 

 

**•«> -' ;

( s j ~ ,

 

 

Учитывая, что

собственная частота

колебаний

груза p = 2 II* 'с i

 

 

-/3 ./8 а г

 

 

 

 

__________ гт & ю '3

 

 

 

а

~ /2.7f1r /0~3 \

З&МГ9*

\

 

 

1 ~ а Г - * О

е

- /

 

На основании

этой

форцулы составлена таблица

I, где приведены

расчетные и экспериментальные значения амплитуд затухаюпих колег

баний,

наушная с момента начала

колебаний при

t

=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица I

 

&

0_____ I

 

2

3

4

5

б

7

6

9

10

 

3.256

3,02

2.81

2,63' 2,44

2,77

2,15

2,00

1,87

1,73

1,66

Н &

 

3

2,79

2,60

2,43

2,27

2,13

1,9911,£77

1,76

1,665

Колебания механических систем с распределенными параметрами. В качестве примера колебаний системы с распределенными па­

раметрами, рассмотрим поперечные колебания бални постоянного се­ чения, дифференциальное уравнение вынужденных колебаний, которой с учетом демпфирования можно записать в виде / I /

 

 

£$ё*[^(§х*)]~

СО$Р* *

(S6)

где

-

иэгибная жесткость поперечного сечения балки;

U/X, t ) -

прогиб балки в любой момент в любом сечении балки

 

 

на расстоянии

х от начала координат

(ось коорди­

нат X

направлена вдоль

оси балки); т

- масса единицы длины

балки;

<5

- малый параметр;

~

 

некоторый функционал, учитывавший потери энергии в колебательной

системе. Присутствие

в нем малого параметра £

в виде множи­

теля указывает на слабое возмущение

в колебании,

вызванное поте­

рями энергии;

щ

- амплитуда воэмушаюшей равномерно распределен­

ной нагрузки,

где

£

указывает на возмущение того же порядка

малости, что

и диссипация энергии;

р

-круговая частота

внеш­

ней воэмушаюшей силы..

 

уоавнения ( 56

 

будем искать

решение слаболинейного

) ме­

тодами нелинейной механики, основанными на асимптотических разложе­

ниях по степени малого параметра прогиба

, частоты

колебаний

се*

и сдвига фаз

Ц/

:

 

 

 

u (x , t ) = a ip & jm B + £и,(х $

+ € *Ut (х>у +

 

 

р г - со г +£А,+6гАг + .. .

 

 

( 5 7 )

 

 

 

 

 

 

 

 

? * Ф > * * 9 ,* 6 * К * " > >

 

 

 

где

а -

амплитуда колебаний.

и ,{Х ,£ )f

ц г ( х ,6 )

 

При этом предполагается, что

и т.д .

не

содержит главных гармоник.

 

 

 

 

 

Подставляя разложения (

5 7

)

в уравнение (

56 ) и

приравнивая к нулю множители при одинаковых степенях малого пара-

метра <5 , вместо уравнения ( S6 ) получим систему следующих уравнений:

 

d ty fx )

 

 

 

 

 

(SB)

 

Е 7 d z *

-

/ t t c o t y x j B#

*

* д и , - m A ,d ^ x jc o s ff -

д&г

 

 

 

 

 

 

 

у &

»-

в

 

 

•*

- f m

( 0 - f o ) +

' f c

 

t [ ф

( J p ,

 

<2, m

f f ) j ~ o ;

Г 7

г

0

i

 

г/«Л

гк

-

 

£ S j Z 4 + /Ttco

+ /»Agj p

 

 

-* tA i tf> (x)aca$0 *

 

£ f f l x , 0 }

-

- t y s t o ( * - * • ) ] * о

 

 

 

(SO )

rjie

Y ( x , e )

-

функция,

уточняющая учет рассеяния

энергии

в системе во втором приближении,

 

 

 

 

0 * ео-6 + ф .

 

 

 

 

 

 

 

Ставя перед собой цель ограничиться решением поставленной

зада­

чи в первом приближении,

в дальнейшем рассмотрим

решение

нашей

задачи

в нулевом приближении,

используя уравнение

( SB ) , а

затем используемого для получения интересуюлего нас решения.

Обозначив

_

.П и

_ 4

 

 

 

 

согт

си*> г f

 

 

 

 

 

f 7

 

f j f

 

 

>

 

М

уравнение ( SB

) перепишем в

виде

 

 

л » , * , . #

 

 

- 23

-

 

Общим решением уравнения { 62

)» как известно,будет

 

 

ф (Х ) = Cl (.CosXX tc /ix x j + Сг (cosKX-c/lMX) г

 

 

 

+Сз (sutf(X +shKX) +Cif (s o v c x -s h x x ) ,

(ез)

где

C ,

С*

- в каждом частном случае могут

быть определены из условий на концах балки.

 

В случае балки на двух опорах с

парнирндо опиранием

 

•>

( * (X ,U

°

'

})

( ? 1х>) ы

0

■>

7) 1 & Р ) *0 ( d x z /х*о

(64) I

I

Из первых двух условий

( £4 )

C,‘ C t * 0

| а из двух

других условий находим

С$ * С)

и

 

 

Sin к£ *о ,

 

(е Я

которое является уравнением частоты для рассматриваемого частно­ го случая балки на шарнирных опорах» Корнями уравнения ( 6 6 ) будут

КС* *> 2Л, ЗЛ

(66)

Тогда на основании ( 6 1 ) круговые частоты колебаний будут

СО,

( 67)

а частота любого вида колебаний определяется по формуле

оЛт _ JU) г я - г?~.

- 2 4 -

Итак, ревете уравнения нулевого приближения запишем в виде

и • a tftxjeo sB

( 68)

Для реяения задачи в первом приближении введем в рассмотрение уравнение ( S9 ) .

Пользуясь принципом энергетического баланса, по которому изменение энергии колеблющейся системы за цикл равно нулю, пом­

ножим уравнение ( S9

) один раз на

tf(x)ju!0c£retff

,

а

второй на

(ffxjcos0dxd0

и проинтегрируем полученные

уравнения

по длине стержня и по плошади ( т .е . по объему)

за

один

цикл. Учитывая при этом, что площадь,входя во все члени уравне­

ния, сократится', а

также то, что

и з-за отсутствия

в функции

главных гармоник

 

 

 

/

*

 

 

j> [ [ £ 7 0 4 + mceJ*§f*]

tf f x J s£n6 d x d 0 - o

 

о

 

 

 

 

 

 

 

+ m u S & iJ t/W < 0 S 0 d x d & ~ O

,

получимгяе

J J f - aA,nuf(X)6DS0 - QCOS(0- <fc) ; oc l

a, cos0j]Jffx)sM dxdff*0

(69)

b e

JJ j -aA,mif(x)cxB - pc0s{0-poJ +

оо '

Тогда искомые

величины

Sirup, и

4 ,

определятся

соответствен*-,

из уравнений (

09 ) и

( М у.

 

 

 

 

£

 

 

£

 

s£np0 *C л

$

,

/

й/ с о зв)]'

» (p (x/st'n & d xd 0 j

 

 

(?1)

3 f f i i x ’A м в)1'

tf(xjc&e<ixde - яраяfaу ytxjdxl.

(П)

Из анализа уравнения ( S3 ) следует, что в соответствии с интерпретацией, отраженной формулами ( 42 ) и ( 43 ), функция, входящая в формулы ( 7! ) и ( 72 ) , представляет собой не что иное, как "момент внутреннего трения" fits . т .е .

a, cosffj = Ms 3

= f j[ t§ & (Y*2cos&-cos*9)a<&>J

Учитывая, что

2co$e-cos*&)$£nffd&- 3

2co*e.~cos2ff)cos0d& - -2 л

формулы { 7/ ) и ( 7 2 ) могут быть лродетавлонм в ви^

Подставляя (

74 ) в

ряд формул ( S 7 ) и ограничиваясь первым

приближением,

будем

^шеть

fjl J я / -

£

3

<23 zl)](f>{x)dx - 6JtQC0Spof<p(X)dz

1Ш/

 

 

co**a./n£<p*txjdx

С помошью формул

( ?•?

) и (

) может быть построена

Амплитудно-частотная резонансная кривая поперечных колебаний

рассматриваемой балки.

 

 

До сих пор

в изложенных выше выкладках мы считали, что

декремент колебаний (или составляющая суммы декрементов ) не

зависит от

гистерезисных потерь

в материале, которые, как пра­

вило , являются функцией амплитуды циклической деформации мате­

 

риала пружины. В этом случае мы имели право выносить з а знак

 

интеграла

(Гг

, как независящий от геометрического положения

 

элементарного

объёма циклически деформируемо го материала пружины.

В том случае,

когда общий декремент представляет собой сумму

 

где

djf

- конструкционный логарифмический декремент колебаний

за

Счет конструкционного рассеяния энергий (потери в сочленениях);

 

tfa ~ декремент за счет

аэродинамических потерь в обтекающей

сре­

де и

£ г

-

декремент за счет гистерезисных потерь,

 

 

 

 

& = осf a

=

 

(

-

некоторые

коэффициенты),

 

выражений типа (

5{

)

и

( S2

) в соответствии

с ( 43

и с учетом (

76, 7?

) t

должны быть записаны так:

 

е _

 

 

 

 

 

 

 

 

УУ5

tffxjsOi zctxdz ~

 

 

 

о

. ?2cosz -cos'zjsipzdz]*

 

- * § a

 

* {Fjftf* *& .)

 

 

/* а<& 1?У+

4 fi/a

4- jfx £ '//)

f

У

a tL X & '4// /

•tl!? O itF tfi№

)ett \ -

r - a E f j j ( ^

j 4

&

p W

d x + ff[ « a

 

Для иллюстрации практического использования полученных формул приведем пример расчета поперечных колебаний стального еонсольно-

го стержня,

имеющего следующие

геометрические размеры: =150мм,

$ =26^3мк,

h, =3,3мм.

 

 

Граничными условиями для

консольного стержня являются:

 

 

 

■=0

ЗхЧх, / °

(ж х>)х,/°

В соответствии с

( €Ъ)

,а также используя дополнительное

условие

=1,получим выражение для функции прогиба

[(cOSKt+chKtyfcaSKX-chxx)+ (Sintf-ShKfyfitlKX-SlnrxlJ

гЫпкбьНк?

и частотное уравнение

COSK3C/?K3= - /

При первой форме колебаний

Тогда собственная частота колебаний

cU _ w s ]I 7 7

F VJ>F

 

Учитывая, что £ - 2t05/O S/f/7а

; р

- £300к г/м 3±

J= 3,475/0~'м*;

f *

9.339/0'£* ,

находим

 

 

^ = 763 с * '

Принимоем декремент колебаний, учитывающий рассеяние энергии в материале dr и потери энергии в заделку.

В качестве материала балки принимаем сталь 20Н5А е амплитудно- рприсиммм рассеянием энергии / 4 /•

; •‘= '4 " У