預(yù)應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)軟化對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)模態(tài)的影響
在真實(shí)狀況下葉輪是運(yùn)動(dòng)的，由于離心力和氣動(dòng)載荷的影響，葉輪產(chǎn)生拉伸變形，模態(tài)有可能與靜止?fàn)顩r有很大不同，所以必須予以考慮。
影響旋轉(zhuǎn)件頻率變化的一種原因是由于離心力對(duì)葉片運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力的影響，造成了葉輪剛度的增大，使運(yùn)行狀況下模態(tài)頻率升高。
圖1 旋轉(zhuǎn)軟化示意圖
另一種原因：旋轉(zhuǎn)軟化，旋轉(zhuǎn)軟化使模態(tài)頻率降低。其原理可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的彈簧-質(zhì)量旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)說明(如圖1)，彈簧垂直于旋轉(zhuǎn)軸，當(dāng)彈簧剛度很高而旋轉(zhuǎn)加速度很小時(shí)，認(rèn)為彈簧變形很小。忽略彈簧變形對(duì)質(zhì)量塊向心加速度的影響，建立如下平衡方程：
式中：k為彈簧剛度，x為離開平衡位置的距離，ωs為旋轉(zhuǎn)角速度，r為質(zhì)點(diǎn)自由位置相對(duì)于轉(zhuǎn)軸的半徑。如果彈簧剛度不夠，同時(shí)旋轉(zhuǎn)速度又很大，由于離心力的影響使彈簧產(chǎn)生較大位移，而該位移同時(shí)又使質(zhì)點(diǎn)離心運(yùn)動(dòng)的半徑加大，這時(shí)的平衡方程寫為：
如果仍然用(1)式的形式表示的話，其平衡方程可以寫為：
施加如圖1所表示載荷時(shí)，其振動(dòng)方程可寫為：
因此剛度由k變?yōu)椋?/p>
即相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)軟化作用，旋轉(zhuǎn)速度越高，旋轉(zhuǎn)物體密度越大，這種軟化作用也就越明顯。
應(yīng)力剛化使模態(tài)頻率升高，旋轉(zhuǎn)軟化使模態(tài)頻率偏低，通常應(yīng)力剛化的作用偏大，所以同時(shí)考慮兩種因素影響，使運(yùn)轉(zhuǎn)狀況下模態(tài)頻率比靜止?fàn)顩r下模態(tài)頻率偏高。
本文摘錄自海軍工程大學(xué)振動(dòng)與噪聲研究所伍先俊、朱石堅(jiān)撰寫的《軸流通風(fēng)機(jī)葉片模態(tài)仿真及其對(duì)氣動(dòng)噪聲的影響》，該文發(fā)表于《風(fēng)機(jī)技術(shù)》2004年第5期。封面圖片來源于idnovo智造網(wǎng)。
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標(biāo)簽：機(jī)械、機(jī)械設(shè)備、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、預(yù)應(yīng)力
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