[发明专利]机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法

说明书

本发明公开了一种机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法，包括：将振动物体在流体介质中承受的振动阻尼分为侧面阻尼R_m1和迎面阻尼R_m2两类；侧面阻尼R_m1的计算；迎面阻尼R_m2的计算。本发明公开的机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法，借助振动阻尼的定义和内涵研究，确定其分类及来源，正确、深入的认识流体介质中的机械振动，提出计算分析阻尼的方法，为阻尼、振动及共振的深入研究和数值分析奠定基础，科学原理清楚，步骤简单明确，可操作性强。

技术领域

本发明涉及流体机械和机械振动技术领域，具体涉及一种机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法。

背景技术

振动在大自然、日常生活和工农业生产中很常见，是指物体在平衡位置附近所做的往复运动。共振是振动的一种特殊状态，是系统所受激励频率与系统固有频率相等或相接近时系统振幅显著增大并达到最大值的现象。

机械振动又分为阻尼振动和无阻尼振动，在正常生活及工作环境中所遇到的机械振动多为阻尼振动。但不可否认的是，科技界对阻尼的认识并不充分，定义不明确，分类含糊，甚至无法清楚说明阻尼的来源。目前多将振动阻尼分为内摩擦阻尼和辐射阻尼两种：“一种是因摩擦阻力生热，使系统的机械能减小，转化为内能，这种阻尼叫摩擦阻尼；另一种是系统引起周围质点的震动，使系统的能量逐渐向四周辐射出去，变为波的能量，这种阻尼叫辐射阻尼”。

该定义存在三方面问题：(1)错误的将“摩擦阻尼”定义“内摩擦阻尼”，没有弄清楚振动系统和振动介质之间的“内”和“外”，以至于部分文献误将振动物体材料内部的摩擦力理解为“内摩擦”，其实这类力已经包含在弹性回复力之内。(2)没有明确谁给谁的摩擦力，更没有具体指出该摩擦力的作用位置及方式，因此也不可能提出计算该摩擦阻尼的公式。(3)所谓的“辐射阻尼”仅是因辐射波的存在而强加的阻尼，并没有说明其作为阻力作用在振动物体上的存在形式、作用方向，更不可能对其进行物理表述和数学计算。我们分析认为，可能是业界认识到存在第二种阻尼，但又不清楚其来源，便提出该“辐射阻尼”来解释振动引起压力波，只不过是一“影子阻尼”，无法说清楚是什么力，产生了什么作用，只好用波的能量来解释，是一种无奈和牵强的解释和定义。

正因如此，到目前为止，业界无法对阻尼进行量化的计算分析，以至于影响到各界对振动和共振的认识，在计算机数值模拟蓬勃发展的今天，仍然无法对阻尼振动进行数值模拟，估算出共振等特殊振动状态的振动幅值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法，用以解决目前业界无法对振动阻尼进行量化的计算分析的问题。

本发明提供一种机械振动系统在流体介质中振动的介质阻尼计算分析方法，包括：

步骤A：确定了振动阻尼的来源及分类；

根据振动物体的受力来源，将振动物体在流体介质中承受的振动阻尼分为侧面阻尼R_m1和迎面阻尼R_m2两类；

步骤B：侧面阻尼R_m1的计算；

侧面阻尼属摩擦阻尼，其计算表达式为：

R_m1＝μ·l (式1)

式中，μ为流体动力粘滞系数，单位是N·s/m²；l为振动物体侧面长度；

步骤C：迎面阻尼R_m2的计算；

迎面阻尼属动态浮力阻尼，其计算表达式为：

R_m2＝ρ·S·Δx/Δt (式3)