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    振動術語 | 共振、渦振、顫振、抖振、喘振、馳振、渦街
    發布時間:2020-08-17   點擊次數:411次

    共振

    系統受外界激勵,作強迫振動時,若外界激勵的頻率接近于系統頻率,強迫振動的振幅可能達到非常大的值,這種現象叫做共振。一個系統有無數個固有頻率,我們常研究低范圍的系統頻率。共振是物理學上,一個運用頻率非常高的專業術語。共振的定義是兩個振動頻率相同的物體,當一個發生振動時,引起另一個物體振動的現象。共振在力學中亦稱“共鳴”,它指的是物體因共振而發聲的現象,如兩個頻率相同的音叉靠近,其中一個振動發聲時,另一個也會發聲。共振的英語是resonance,諧振與共振是同一個意思。

    02渦振

    渦振是指在平均風作用下,有繞流實腹斷面后交替脫落的渦旋引起的振動。橋梁渦振研究是空氣動力學的一個分支學科。橋梁渦振是一種兼有自激振動和強迫振動特性的有限振幅振動,它在一個相當大的風速范圍內,可保持渦激頻率不變,產生一種“鎖定”(lock-on) 現象。橋梁渦激共振的有限振幅計算是一個十分重要但又異常困難的問題,目前國內外還沒有形成一套比較完整的橋梁渦振分析理論。實用上,采用一種半理論半實驗的方法,以近似地估算渦激共振的振幅。渦振的英語是vortex-induced oscillation。

    03顫振

    顫振指的是在氣動力的作用下,由于結構本身具有彈性和慣性,流動與結構互相耦合作用而發生的一種自激振動現象。抖振通常指的是由于流動本身存在分離、激波附面層干擾等非定常特性,導致加載在彈性結構上的氣動力呈現周期性而造成的結構強迫響應。也就是說在傳統定義下,經典顫振是一種自激振動。

    04抖振

    抖振在飛機中是指,在分離氣流或尾流激勵下發生的飛機部件按結構自然頻率的振動。抖振的最主要例子是飛機的尾翼抖振。當尾翼處于機翼、機翼——機身接合部或其他部件的尾流中時,尾流中的擾動迫使尾翼作強烈的振動。在飛機作大迎角飛行時,特別容易發生尾翼抖振,在歷史上曾造成嚴重事故。機翼的抖振來自本身氣流的分離,在跨聲速范圍內,激波誘發的邊界層分離則是導致抖振的另一重要原因。抖振限制了飛機的可用升力系數和馬赫數,防止抖振的措施通常是整流氣動外形和恰當地安排尾翼與機翼和機身的相對位置。

     抖振是一種隨機性振動,但在頻域內是有規則的,其功率譜的主峰值一般與第一階固有頻率相對應。相較于顫振,抖振雖然不會立刻破壞飛行器的結構,但是增加的結構應力會降低飛行器疲勞壽命。同時,抖振還會對飛行器的氣動性能、武器系統、機械電子儀器設備,以及乘員的舒適性等產生不利影響。嚴重的抖振還可能導致駕駛員失去操縱能力,從而危及飛行及駕駛員的安全。所以,飛行器設計都把抖振作為一個重要的因素予以考慮。抖振的英語是buffeting。

    05喘振

    喘振是透平式壓縮機(也叫葉片式壓縮機)在流量減少到一定程度時,所發生的一種非正常工況下的振動。離心式壓縮機是透平式壓縮機的一種形式,喘振對于離心式壓縮機有著很嚴重的危害。喘振的產生與流體機械和管道的特性有關,管道系統的容量越大,則喘振越強,頻率越低。流體機械的喘振會破壞機器內部介質的流動規律性,產生機械噪聲,引起工作部件的強烈振動,加速軸承和密封的損壞。一旦喘振引起管道、機器及其基礎共振時,還會造成嚴重后果。喘振的英文是surge。

    馳振

    馳振一般發生在正方形、矩形、直角形等,復雜不規則的非流線型截面的結構中。馳振產生的機理是由于升力曲線具有負斜率,使得空氣升力具有負阻尼作用,結構能夠源源不斷地從外界吸收能量,從而形成類似顫振的發散振動現象。根據產生機理的不同,馳振可以分為尾流馳振和橫流馳振兩種。尾流馳振是由繞過前方結構的波動性來流激發下游結構物產生的不穩定振動。比如說斜拉橋的拉索、懸索橋吊桿最容易發生尾流馳振。橫流馳振是由升力曲線的負斜率所引起的發散性彎曲自激振動。這種負斜率使得振動過程中結構的位移始終與空氣力的方向相一致,結構不斷從外界吸收能量,從而形成不穩定振動。橫流馳振一般發生在具有棱角的非流線型截面的柔性輕質結構中,懸吊體系橋梁結構中的拉索和吊桿可能發生橫流馳振。此外,對于寬高比較小的梁式鋼橋,高柔的大跨徑斜拉橋、懸索橋橋塔以及連續鋼構橋在最大懸臂施工階段的主梁,都存在著發生馳振發散的可能性。馳振的英文叫galloping。

    渦街

    渦街是流體力學中重要的現象,在自然界中常可遇到,在一定條件下的定常來流繞過某些物體時,物體兩側會周期性地脫落出旋轉方向相反、排列規則的雙列線渦,經過非線性作用后,形成卡門渦街。如水流過橋墩,風吹過高塔、煙囪、電線等,都會形成卡門渦街。因為渦街是由卡門提出的,所以又叫卡門渦街。中國力學標桿性人物錢學森、郭永懷和錢偉長都在卡門實驗室工作過。

    如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合,還會出現共振。工業上的預熱器、鍋爐等多由圓管組成,流體繞流圓管時,卡門渦街的交替脫落會引起預熱器箱中氣柱的振動,如果渦街的交替脫落頻率與物體的聲學駐波頻率相重合,就會引發聲學共振,使管箱激烈振動,嚴重時,預熱器管箱振鼓錯開,甚至破裂。如果改變管箱和氣體的固有頻率,使之與卡門渦街的脫落頻率錯開,避免發生共振,則可防止設備的破壞。

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