[發(fā)明專利]一種水中設(shè)備共振幅值放大比的計算方法

有效

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113065089B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐洪泉;劉廣全;李鐵友;周葉;廖翠林;曹登峰;王萬鵬;鄒志超;孟龍;張馳也;趙立策;王武昌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院;北京中水科水電科技開發(fā)有限公司
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 謝斌

本發(fā)明公開了一種水中設(shè)備共振幅值放大比的計算方法，包括以下步驟：在分別測量設(shè)備在空氣及水中自由振動頻率的基礎(chǔ)上，計算設(shè)備的水中共振頻率比w_rw；令共振頻率比w_r＝設(shè)備在水中共振頻率比w_rw，根據(jù)阻尼比ξ隨共振頻率比w_r的變化曲線的表達(dá)式計算設(shè)備在水中振動的阻尼比ξ_w；令阻尼比ξ＝所述設(shè)備在水中振動的阻尼比ξ_w，根據(jù)共振幅值放大比a_r隨阻尼比ξ變化曲線的表達(dá)式計算設(shè)備在水中共振幅值放大比a_rw。本發(fā)明公開的水中設(shè)備共振幅值放大比計算方法，基于單自由度線性強(qiáng)迫振動方程，其科學(xué)原理明確，步驟簡單明確，可操作性強(qiáng)，估算共振幅值比不會低于實際的共振幅值比，偏差低于10％，估算結(jié)果的應(yīng)用安全有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及流體機(jī)械、機(jī)械振動及共振技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水中運行設(shè)備共振幅值放大比的計算方法。

背景技術(shù)

振動在大自然、日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中很常見，是指物體在平衡位置附近所做的往復(fù)運動。共振是振動的一種特殊狀態(tài)，是指一物理系統(tǒng)在特定頻率下比其他頻率以更大的振幅做振動的情形，是系統(tǒng)所受激勵頻率與系統(tǒng)固有頻率相等或相接近時系統(tǒng)振幅顯著增大的現(xiàn)象。

在大氣環(huán)境下，阻尼非常小，共振威力巨大，常引起觸目驚心的巨大破壞。卡門渦共振曾引起美國華盛頓州新建成4個月的塔科瑪懸索橋在一場風(fēng)速僅為19m/s(九級風(fēng)為21m/s，十二級風(fēng)為35m/s)的大風(fēng)中發(fā)生劇烈扭曲振動，振幅接近9m，橋面傾斜到45°左右，吊桿逐根拉斷，導(dǎo)致橋面鋼梁折斷而塌毀。類似地，大氣繞流懸索橋立柱產(chǎn)生的卡門渦“渦激振動”造成11座橋共振而破壞嚴(yán)重。在車輛、船舶、航空、動力機(jī)械、機(jī)加工設(shè)備及所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械運行時，均面臨振動問題。

然而，無論是在空氣還是水中，設(shè)備共振的幅值到底有多大卻無人知曉。目前對在有阻尼條件下共振對強(qiáng)迫振動幅值的放大作用缺乏研究，以至于對該設(shè)備在水中共振的幅值放大倍數(shù)缺乏了解，因此，在制定經(jīng)濟(jì)、合理、充分的防共振措施時找不到科學(xué)依據(jù)作為指導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種水中設(shè)備共振幅值放大比的計算方法，用以解決目前在制定經(jīng)濟(jì)、合理、充分的防共振措施時找不到科學(xué)依據(jù)作為指導(dǎo)的問題。

本發(fā)明提供了一種水中設(shè)備共振幅值放大比的計算方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取設(shè)備在水中共振頻率比w_rw；

步驟S2：令共振頻率比w_r＝所述設(shè)備在水中共振頻率比w_rw，根據(jù)阻尼比ξ隨共振頻率比w_r的變化曲線的表達(dá)式計算設(shè)備在水中振動的阻尼比ξ_w；

步驟S3：令阻尼比ξ＝所述設(shè)備在水中振動的阻尼比ξ_w，根據(jù)共振幅值放大比a_r隨阻尼比ξ變化曲線的表達(dá)式計算設(shè)備在水中共振幅值放大比a_rw。

進(jìn)一步地，在所述步驟S1中，所述設(shè)備在水中共振頻率比w_rw的計算表達(dá)式為：

w_rw＝ω_fw/ω_fa (式2)

式中，ω_fa為設(shè)備在空氣中自由振動的頻率，ω_fw為設(shè)備在水中自由振動的頻率。

進(jìn)一步地，在所述步驟S2中，所述阻尼比ξ隨共振頻率比w_r的變化曲線的表達(dá)式為：