周期激振
關(guān)注創(chuàng)建者：Wzj_BUCT 創(chuàng)建時(shí)間：2020-03-07
周期激振的實(shí)例教程
發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要經(jīng)受轉(zhuǎn)子（包括柴油機(jī)的曲軸）旋轉(zhuǎn)不平衡而產(chǎn)生的離心力，離心力方向的周期性變化，使機(jī)座承受周期交變的動(dòng)載荷；汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)要經(jīng)受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的周期性激振力，以及氣道氣流壓力沿節(jié)距的不均勻分布所引起的周期性激振力等振動(dòng)載荷；汽車行駛時(shí)要經(jīng)受發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，以及地面不平、緊急剎車等引起的振動(dòng)載荷；各種武器裝備發(fā)射時(shí)要經(jīng)受武器發(fā)射、投放、彈射等動(dòng)作產(chǎn)生的振動(dòng)載荷。特別是近代航空航天工業(yè)的發(fā)展，各種飛行器由于振動(dòng)引起的破壞問(wèn)題特別突出。飛機(jī)在飛行過(guò)程中結(jié)構(gòu)要經(jīng)受發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲、各種非平穩(wěn)氣動(dòng)力、著陸滑行及某些地面機(jī)動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊等動(dòng)態(tài)載荷。火箭在飛行過(guò)程中要經(jīng)受推力、氣動(dòng)和燃?xì)饬鳑_擊等動(dòng)態(tài)載荷。振動(dòng)存在于空間飛行器的發(fā)射、飛行、直至完成使命的全部過(guò)程。
振動(dòng)載荷不僅影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還會(huì)因?yàn)閺?qiáng)度問(wèn)題引起破壞。通常由振動(dòng)引起的破壞形式主要包括振動(dòng)疲勞破壞、振動(dòng)峰值破壞以及振動(dòng)一次通過(guò)破壞三種。振動(dòng)疲勞破壞是振動(dòng)破壞最常見的形式，它不同于其它任何形式的過(guò)載破壞。顯然，振動(dòng)與疲勞密切相關(guān)。雖然工程界對(duì)疲勞強(qiáng)度已經(jīng)開展了大量的研究，包括對(duì)疲勞壽命曲線、疲勞累積損傷準(zhǔn)則、疲勞壽命計(jì)算方法以及疲勞強(qiáng)度影響因素等各方面的研究，但很少有關(guān)振動(dòng)環(huán)境對(duì)疲勞強(qiáng)度影響的研究。由于對(duì)振動(dòng)疲勞缺乏系統(tǒng)和深入的研究與分析，致使對(duì)振動(dòng)疲勞的動(dòng)力學(xué)本質(zhì)還沒有深刻的認(rèn)識(shí)。
為了具體說(shuō)明開展振動(dòng)疲勞研究的重要意義，下面舉幾個(gè)典型的實(shí)例。
飛機(jī)由于結(jié)構(gòu)疲勞破壞發(fā)生而失事。1979年，一架美國(guó)的“DC-10”大型客機(jī)在芝加哥奧黑爾國(guó)際機(jī)場(chǎng)起飛不久就墜毀；1985年8月，日航的一架5ALl23客機(jī)，由于后部壓力隔板的開裂而墜毀；2002年5月，臺(tái)灣中華航空公司一架波音747客機(jī)在臺(tái)灣海峽領(lǐng)空突然解體，造成225人遇難。
展開 在工程中存在較多的是受迫振動(dòng)，即系統(tǒng)在外界干擾力或位移作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，由于外界不斷對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)輸入能量，才能使振動(dòng)得以維持不至于因阻尼存在隨時(shí)間衰減，根據(jù)外界激勵(lì)形式的不同，可將受迫振動(dòng)分為間歇激振、周期激振、脈沖激振、階躍激振和任意激振。
分析步驟：
1）掃頻范圍和密度
a) 劃分掃頻區(qū)間：steadystatedynamic,interval=range或eigenfrequency
b) 定義掃頻間隔：steadystatedynamic,frequencyscale=logarithmic或linear
c) 設(shè)置偏置參數(shù)
2）定義多個(gè)掃頻范圍
3）定義阻尼
4）選取特征模態(tài)
Select eigenmodes M1,m2,m3
5）初始條件：不需要定義
6）邊界條件虛部實(shí)部不是約束或釋放，模態(tài)法和子空間法都是建立在特征模態(tài)基礎(chǔ) 上，穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)分析步內(nèi)不能定義任何零位移邊界條件，也不能使用
*boundary定義邊界條件的運(yùn)動(dòng)，只能通過(guò)base motion來(lái)定義邊界條件的運(yùn)動(dòng)，必須與特征模態(tài)提取步中邊界條件一致；直接法邊界條件可以 是加載節(jié)點(diǎn)的任意自由度上，按正弦規(guī)律變化。
7）載荷
載荷都是隨時(shí)間正弦規(guī)律變化，也可以定義隨頻率變化。
8）場(chǎng)定義:模態(tài)法不支持帶有溫度場(chǎng)的分析
9）材料：必須輸入密度，材料的塑形以及一些非彈性屬性在分析中無(wú)效，
直接法和子空間法可以考慮材料的頻變特性。模態(tài)法不可以。
展開 在工程中存在較多的是受迫振動(dòng)，即系統(tǒng)在外界干擾力或位移作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，由于外界不斷對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)輸入能量，才能使振動(dòng)得以維持不至于因阻尼存在隨時(shí)間衰減，根據(jù)外界激勵(lì)形式的不同，可將受迫振動(dòng)分為間歇激振、周期激振、脈沖激振、階躍激振和任意激振。
分析步驟：
1）掃頻范圍和密度
a) 劃分掃頻區(qū)間：steadystatedynamic,interval=range或eigenfrequency
b) 定義掃頻間隔：steadystatedynamic,frequencyscale=logarithmic或linear
c) 設(shè)置偏置參數(shù)
2）定義多個(gè)掃頻范圍
3）定義阻尼
4）選取特征模態(tài)
Select eigenmodes M1,m2,m3
5）初始條件：不需要定義
6）邊界條件虛部實(shí)部不是約束或釋放，模態(tài)法和子空間法都是建立在特征模態(tài)基礎(chǔ) 上，穩(wěn)定動(dòng)力學(xué)分析步內(nèi)不能定義任何零位移邊界條件，也不能使用
*boundary定義邊界條件的運(yùn)動(dòng)，只能通過(guò)base motion來(lái)定義邊界條件的運(yùn)動(dòng)，必須與特征模態(tài)提取步中邊界條件一致；直接法邊界條件可以 是加載節(jié)點(diǎn)的任意自由度上，按正弦規(guī)律變化。
7）載荷
載荷都是隨時(shí)間正弦規(guī)律變化，也可以定義隨頻率變化。
8）場(chǎng)定義:模態(tài)法不支持帶有溫度場(chǎng)的分析
9）材料：必須輸入密度，材料的塑形以及一些非彈性屬性在分析中無(wú)效，
直接法和子空間法可以考慮材料的頻變特性。模態(tài)法不可以。
展開 振動(dòng)形式，按轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的輸入，即振動(dòng)原因可分為：
強(qiáng)迫振動(dòng)
系統(tǒng)受外界持續(xù)激擾作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的周期性的激振力下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與激振頻率相關(guān)，一般由不平衡量引起的振動(dòng)為1X振動(dòng)，即振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果
自激振動(dòng)
由系統(tǒng)自身的交叉耦合剛度引起的振動(dòng)形式，當(dāng)有一個(gè)初始振動(dòng)，不需要外界向振動(dòng)系統(tǒng)輸送能量，振動(dòng)即能保持下去。這種振動(dòng)與外界激勵(lì)無(wú)關(guān)，完全是自己激勵(lì)自己，故稱為自激振動(dòng)。比如軸瓦自激振動(dòng)（半速渦動(dòng)，油膜振蕩），大容量汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上的間隙自激振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而與其自然頻率相關(guān)。
DyRoBeS軟件中某轉(zhuǎn)子自激振動(dòng)計(jì)算結(jié)果
2. 按轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的特性可分為：
線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
通過(guò)線性化處理系統(tǒng)，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，能用常系數(shù)線性微分方程描述的振動(dòng)。
非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
系數(shù)的阻尼力或彈性恢復(fù)力具有非線性性質(zhì)，只能用非線性微分方程來(lái)描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴(yán)格來(lái)講，與滑動(dòng)軸承油膜力相關(guān)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題均為非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；還有裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)分析等也屬于非線性領(lǐng)域。
3. 按振動(dòng)位移的特征可分為：
橫向振動(dòng)
轉(zhuǎn)子只作垂直軸線方向的振動(dòng)。
扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
轉(zhuǎn)子繞其縱軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的振動(dòng)。
縱向振動(dòng)
轉(zhuǎn)子只作沿軸線方向的振動(dòng)。
從哪方面入手學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)？
這么多的分類，我們?cè)撛趺磳W(xué)習(xí)和操作呢？
實(shí)際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉(zhuǎn)機(jī)械工程領(lǐng)域遇到的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，給出令人滿意的解釋。
展開 振動(dòng)形式，按轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的輸入，即振動(dòng)原因可分為：
強(qiáng)迫振動(dòng)
系統(tǒng)受外界持續(xù)激擾作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的周期性的激振力下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與激振頻率相關(guān)，一般由不平衡量引起的振動(dòng)為1X振動(dòng)，即振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉(zhuǎn)子強(qiáng)迫振動(dòng)計(jì)算結(jié)果
自激振動(dòng)
由系統(tǒng)自身的交叉耦合剛度引起的振動(dòng)形式，當(dāng)有一個(gè)初始振動(dòng)，不需要外界向振動(dòng)系統(tǒng)輸送能量，振動(dòng)即能保持下去。這種振動(dòng)與外界激勵(lì)無(wú)關(guān)，完全是自己激勵(lì)自己，故稱為自激振動(dòng)。比如軸瓦自激振動(dòng)（半速渦動(dòng)，油膜振蕩），大容量汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子上的間隙自激振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，而與其自然頻率相關(guān)。
DyRoBeS軟件中某轉(zhuǎn)子自激振動(dòng)計(jì)算結(jié)果
2. 按轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)的特性可分為：
線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
通過(guò)線性化處理系統(tǒng)，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，能用常系數(shù)線性微分方程描述的振動(dòng)。
非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
系數(shù)的阻尼力或彈性恢復(fù)力具有非線性性質(zhì)，只能用非線性微分方程來(lái)描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴(yán)格來(lái)講，與滑動(dòng)軸承油膜力相關(guān)的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題均為非線性轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)；還有裂紋轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)分析等也屬于非線性領(lǐng)域。
3. 按振動(dòng)位移的特征可分為：
橫向振動(dòng)
轉(zhuǎn)子只作垂直軸線方向的振動(dòng)。
扭轉(zhuǎn)振動(dòng)
轉(zhuǎn)子繞其縱軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的振動(dòng)。
縱向振動(dòng)
轉(zhuǎn)子只作沿軸線方向的振動(dòng)。
從哪方面入手學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)？
這么多的分類，我們?cè)撛趺磳W(xué)習(xí)和操作呢？
實(shí)際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉(zhuǎn)機(jī)械工程領(lǐng)域遇到的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，給出令人滿意的解釋。
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發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)要經(jīng)受轉(zhuǎn)子（包括柴油機(jī)的曲軸）旋轉(zhuǎn)不平衡而產(chǎn)生的離心力，離心力方向的周期性變化，使機(jī)座承受周期交變的動(dòng)載荷；汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)要經(jīng)受轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的周期性激振力，以及氣道氣流壓力沿節(jié)距的不均勻分布所引起的周期性激振力等振動(dòng)載荷；汽車行駛時(shí)要經(jīng)受發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲，以及地面不平、緊急剎車等引起的振動(dòng)載荷；各種武器裝備發(fā)射時(shí)要經(jīng)受武器發(fā)射、投放、彈射等動(dòng)作產(chǎn)生的振動(dòng)載荷。
在工程中存在較多的是受迫振動(dòng)，即系統(tǒng)在外界干擾力或位移作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，由于外界不斷對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)輸入能量，才能使振動(dòng)得以維持不至于因阻尼存在隨時(shí)間衰減，根據(jù)外界激勵(lì)形式的不同，可將受迫振動(dòng)分為間歇激振、周期激振、脈沖激振、階躍激振和任意激振。
船舶行業(yè)的定義：船舶推進(jìn)系統(tǒng)軸系在柴油機(jī)、螺旋槳等周期性的激振力矩作用下所產(chǎn)生的周向交變運(yùn)動(dòng)及相應(yīng)變形，這種振動(dòng)稱為扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
振動(dòng)形式，按轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的輸入，即振動(dòng)原因可分為：
強(qiáng)迫振動(dòng)
系統(tǒng)受外界持續(xù)激擾作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的周期性的激振力下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與激振頻率相關(guān)，一般由不平衡量引起的振動(dòng)為1X振動(dòng)，即振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率一致。
振動(dòng)形式，按轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的輸入，即振動(dòng)原因可分為：
強(qiáng)迫振動(dòng)
系統(tǒng)受外界持續(xù)激擾作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的周期性的激振力下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與激振頻率相關(guān)，一般由不平衡量引起的振動(dòng)為1X振動(dòng)，即振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率一致。
在工程中存在較多的是受迫振動(dòng)，即系統(tǒng)在外界干擾力或位移作用下產(chǎn)生的振動(dòng)，由于外界不斷對(duì)振動(dòng)系統(tǒng)輸入能量，才能使振動(dòng)得以維持不至于因阻尼存在隨時(shí)間衰減，根據(jù)外界激勵(lì)形式的不同，可將受迫振動(dòng)分為間歇激振、周期激振、脈沖激振、階躍激振和任意激振。
振動(dòng)形式，按轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的輸入，即振動(dòng)原因可分為：
強(qiáng)迫振動(dòng)
系統(tǒng)受外界持續(xù)激擾作用下所產(chǎn)生的振動(dòng)，比如轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的周期性的激振力下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
特點(diǎn)：振動(dòng)的頻率與激振頻率相關(guān)，一般由不平衡量引起的振動(dòng)為1X振動(dòng)，即振動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率一致。
