周期激振的案例
飛機結構振動疲勞問題 附結構疲勞壽命分析姚衛星下載
發電機運轉時要經受轉子（包括柴油機的曲軸）旋轉不平衡而產生的離心力，離心力方向的周期性變化，使機座承受周期交變的動載荷；汽輪機運行時要經受轉子高速旋轉而產生的周期性激振力，以及氣道氣流壓力沿節距的不均勻分布所引起的周期性激振力等振動載荷；汽車行駛時要經受發動機產生的振動和噪聲，以及地面不平、緊急剎車等引起的振動載荷；各種武器裝備發射時要經受武器發射、投放、彈射等動作產生的振動載荷。特別是近代航空航天工業的發展，各種飛行器由于振動引起的破壞問題特別突出。飛機在飛行過程中結構要經受發動機產生的振動和噪聲、各種非平穩氣動力、著陸滑行及某些地面機動產生的振動沖擊等動態載荷?；鸺陲w行過程中要經受推力、氣動和燃氣流沖擊等動態載荷。振動存在于空間飛行器的發射、飛行、直至完成使命的全部過程。
振動載荷不僅影響機器的正常運轉，還會因為強度問題引起破壞。通常由振動引起的破壞形式主要包括振動疲勞破壞、振動峰值破壞以及振動一次通過破壞三種。振動疲勞破壞是振動破壞最常見的形式，它不同于其它任何形式的過載破壞。顯然，振動與疲勞密切相關。雖然工程界對疲勞強度已經開展了大量的研究，包括對疲勞壽命曲線、疲勞累積損傷準則、疲勞壽命計算方法以及疲勞強度影響因素等各方面的研究，但很少有關振動環境對疲勞強度影響的研究。由于對振動疲勞缺乏系統和深入的研究與分析，致使對振動疲勞的動力學本質還沒有深刻的認識。
為了具體說明開展振動疲勞研究的重要意義，下面舉幾個典型的實例。
飛機由于結構疲勞破壞發生而失事。1979年，一架美國的“DC-10”大型客機在芝加哥奧黑爾國際機場起飛不久就墜毀；1985年8月，日航的一架5ALl23客機，由于后部壓力隔板的開裂而墜毀；2002年5月，臺灣中華航空公司一架波音747客機在臺灣海峽領空突然解體，造成225人遇難。
展開 Abaqus動力學分析的介紹
在工程中存在較多的是受迫振動，即系統在外界干擾力或位移作用下產生的振動，由于外界不斷對振動系統輸入能量，才能使振動得以維持不至于因阻尼存在隨時間衰減，根據外界激勵形式的不同，可將受迫振動分為間歇激振、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) 劃分掃頻區間：steadystatedynamic,interval=range或eigenfrequency
b) 定義掃頻間隔：steadystatedynamic,frequencyscale=logarithmic或linear
c) 設置偏置參數
2）定義多個掃頻范圍
3）定義阻尼
4）選取特征模態
Select eigenmodes M1,m2,m3
5）初始條件：不需要定義
6）邊界條件虛部實部不是約束或釋放，模態法和子空間法都是建立在特征模態基礎 上，穩定動力學分析步內不能定義任何零位移邊界條件，也不能使用
*boundary定義邊界條件的運動，只能通過base motion來定義邊界條件的運動，必須與特征模態提取步中邊界條件一致；直接法邊界條件可以 是加載節點的任意自由度上，按正弦規律變化。
7）載荷
載荷都是隨時間正弦規律變化，也可以定義隨頻率變化。
8）場定義:模態法不支持帶有溫度場的分析
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效，
直接法和子空間法可以考慮材料的頻變特性。模態法不可以。
展開 Abaqus動態分析的一點認識
在工程中存在較多的是受迫振動，即系統在外界干擾力或位移作用下產生的振動，由于外界不斷對振動系統輸入能量，才能使振動得以維持不至于因阻尼存在隨時間衰減，根據外界激勵形式的不同，可將受迫振動分為間歇激振、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) 劃分掃頻區間：steadystatedynamic,interval=range或eigenfrequency
b) 定義掃頻間隔：steadystatedynamic,frequencyscale=logarithmic或linear
c) 設置偏置參數
2）定義多個掃頻范圍
3）定義阻尼
4）選取特征模態
Select eigenmodes M1,m2,m3
5）初始條件：不需要定義
6）邊界條件虛部實部不是約束或釋放，模態法和子空間法都是建立在特征模態基礎 上，穩定動力學分析步內不能定義任何零位移邊界條件，也不能使用
*boundary定義邊界條件的運動，只能通過base motion來定義邊界條件的運動，必須與特征模態提取步中邊界條件一致；直接法邊界條件可以 是加載節點的任意自由度上，按正弦規律變化。
7）載荷
載荷都是隨時間正弦規律變化，也可以定義隨頻率變化。
8）場定義:模態法不支持帶有溫度場的分析
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效，
直接法和子空間法可以考慮材料的頻變特性。模態法不可以。
展開 初識轉子動力學-
振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
這么多的分類，我們該怎么學習和操作呢？
實際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉機械工程領域遇到的轉子動力學問題，給出令人滿意的解釋。
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初識轉子動力學！
振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
這么多的分類，我們該怎么學習和操作呢？
實際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉機械工程領域遇到的轉子動力學問題，給出令人滿意的解釋。
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振動形式，按轉子-軸承系統的輸入，即振動原因可分為：
強迫振動
系統受外界持續激擾作用下所產生的振動，比如轉子不平衡產生的周期性的激振力下的轉子振動。
特點：振動的頻率與激振頻率相關，一般由不平衡量引起的振動為1X振動，即振動頻率與轉速頻率一致。
DyRoBeS軟件中某轉子強迫振動計算結果
自激振動
由系統自身的交叉耦合剛度引起的振動形式，當有一個初始振動，不需要外界向振動系統輸送能量，振動即能保持下去。這種振動與外界激勵無關，完全是自己激勵自己，故稱為自激振動。比如軸瓦自激振動（半速渦動，油膜振蕩），大容量汽輪機高壓轉子上的間隙自激振動。
特點：振動的頻率與轉速無關，而與其自然頻率相關。
DyRoBeS軟件中某轉子自激振動計算結果
2. 按轉子—軸承系統的動力學參數的特性可分為：
線性轉子動力學分析
通過線性化處理系統，包括軸承的剛度與阻尼等，分析系統的穩態響應，能用常系數線性微分方程描述的振動。
非線性轉子動力學分析
系數的阻尼力或彈性恢復力具有非線性性質，只能用非線性微分方程來描述。比如，所有的軸承作用力均為非線性力，嚴格來講，與滑動軸承油膜力相關的轉子動力學問題均為非線性轉子動力學；還有裂紋轉子的動力學分析等也屬于非線性領域。
3. 按振動位移的特征可分為：
橫向振動
轉子只作垂直軸線方向的振動。
扭轉振動
轉子繞其縱軸產生扭轉變形的振動。
縱向振動
轉子只作沿軸線方向的振動。
從哪方面入手學習轉子動力學？
這么多的分類，我們該怎么學習和操作呢？
實際上，采用線性化處理的方法，可以處理大部分旋轉機械工程領域遇到的轉子動力學問題，給出令人滿意的解釋。
展開 【基礎知識】扭轉振動那些事(一)
船舶行業的定義：船舶推進系統軸系在柴油機、螺旋槳等周期性的激振力矩作用下所產生的周向交變運動及相應變形，這種振動稱為扭轉振動。
二、扭轉振動的參數表征
所有旋轉機械均涉及功率的輸出和變換，而功率輸出需要傳輸轉矩。施加的轉矩會導致軸繞其旋轉軸線發生扭轉。因此，扭轉需要測量軸在不同軸向位置處的扭轉角，而不是測量相對于平衡位置的位移。扭轉變形和振動只涉及軸的扭轉大小，但軸的旋轉會使扭矩較難測量。
扭轉變形以角（單位為°）的形式測量，這類似于以橫向變形來測量位移。扭轉振動的分析還需要角速度和角加速度。扭轉振動的振幅通常以deg pp為單位進行測量，角速度以deg/s pk為單位，角加速度以deg/s2 pk為單位。在方程中使用時，通常會將這些值轉換為弧度，因此需注意所用單位。
表1 徑向振動與扭轉振動的參數比較
轉矩：力與力臂的乘積，單位為N·m；
轉動慣量：質量與半徑平方的乘積，單位為kg·m2；
扭轉剛度：每單位角位移的轉矩，單位為N·m/deg；扭轉剛度由轉子對所施加轉矩的角度偏轉響應加以定義。
扭轉阻尼：每單位速度的力，單位為N·m·s/deg；扭轉阻尼主要來源是材料的內摩擦阻尼，會產生與軸的扭轉角速度成比例的轉矩（材料的應變率）。
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