[发明专利]一种水中设备共振幅值放大比的计算方法

说明书

本发明公开了一种水中设备共振幅值放大比的计算方法，包括以下步骤：在分别测量设备在空气及水中自由振动频率的基础上，计算设备的水中共振频率比w_rw；令共振频率比w_r＝设备在水中共振频率比w_rw，根据阻尼比ξ随共振频率比w_r的变化曲线的表达式计算设备在水中振动的阻尼比ξ_w；令阻尼比ξ＝所述设备在水中振动的阻尼比ξ_w，根据共振幅值放大比a_r随阻尼比ξ变化曲线的表达式计算设备在水中共振幅值放大比a_rw。本发明公开的水中设备共振幅值放大比计算方法，基于单自由度线性强迫振动方程，其科学原理明确，步骤简单明确，可操作性强，估算共振幅值比不会低于实际的共振幅值比，偏差低于10％，估算结果的应用安全有效。

技术领域

本发明涉及流体机械、机械振动及共振技术领域，具体涉及一种水中运行设备共振幅值放大比的计算方法。

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，是指一物理系统在特定频率下比其他频率以更大的振幅做振动的情形，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的现象。

在大气环境下，阻尼非常小，共振威力巨大，常引起触目惊心的巨大破坏。卡门涡共振曾引起美国华盛顿州新建成4个月的塔科玛悬索桥在一场风速仅为19m/s(九级风为21m/s，十二级风为35m/s)的大风中发生剧烈扭曲振动，振幅接近9m，桥面倾斜到45°左右，吊杆逐根拉断，导致桥面钢梁折断而塌毁。类似地，大气绕流悬索桥立柱产生的卡门涡“涡激振动”造成11座桥共振而破坏严重。在车辆、船舶、航空、动力机械、机加工设备及所有旋转机械运行时，均面临振动问题。

然而，无论是在空气还是水中，设备共振的幅值到底有多大却无人知晓。目前对在有阻尼条件下共振对强迫振动幅值的放大作用缺乏研究，以至于对该设备在水中共振的幅值放大倍数缺乏了解，因此，在制定经济、合理、充分的防共振措施时找不到科学依据作为指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水中设备共振幅值放大比的计算方法，用以解决目前在制定经济、合理、充分的防共振措施时找不到科学依据作为指导的问题。

本发明提供了一种水中设备共振幅值放大比的计算方法，包括以下步骤：

步骤S1：获取设备在水中共振频率比w_rw；

步骤S2：令共振频率比w_r＝所述设备在水中共振频率比w_rw，根据阻尼比ξ随共振频率比w_r的变化曲线的表达式计算设备在水中振动的阻尼比ξ_w；

步骤S3：令阻尼比ξ＝所述设备在水中振动的阻尼比ξ_w，根据共振幅值放大比a_r随阻尼比ξ变化曲线的表达式计算设备在水中共振幅值放大比a_rw。

进一步地，在所述步骤S1中，所述设备在水中共振频率比w_rw的计算表达式为：

w_rw＝ω_fw/ω_fa (式2)

式中，ω_fa为设备在空气中自由振动的频率，ω_fw为设备在水中自由振动的频率。

进一步地，在所述步骤S2中，所述阻尼比ξ随共振频率比w_r的变化曲线的表达式为：