ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Медленное а мгновенное действие нестационарного возбуждения из "Колебания Издание 3 " Образование — изумительная вещь, но хорошо время от времени вспоминать, что невозможно изучить все то, что достойно изучения. [c.111] Любое вечное периодическое возбуждение, даже сложной формы, как на рис. 2, может быть разложено на ряд синусоидальных составляющих (гармоник). Колебания, создаваемые каждой из этих гармоник, можно исследовать аналогично тому, как это описано в гл. III. Естественно возникает вопрос Что будет с системой в случае непериодического возбуждения . Так, например, землетрясение может разрушить дом в течение короткого промежутка времени. [c.111] В этой главе мы рассмотрим колебания систем, возбуждаемых непериодическими силами. Мы столкнемся, в частности, с проблемой удара (очень важной в тех-пических приложениях). Поскольку при действии удара продолжительность возмущения ограничена и вызванные ударом колебания с течением времени затухают, то такие колебания принято называть нестационарными. [c.111] Некоторые нестационарные колебания можно строго рассматривать с помощью представлений об упругих волнах, распространяющихся в материале системы. Как мы увидим, эти понятия в принципе пе противоречат понятиям о вибрациях, которые мы изучали, а иногда дают более ясную картину происходящих явлений. [c.111] Виды нестационарных колебаний, встречающихся в технике, многочисленны и разнообразны. Подвеска автомобиля, например, подвержена нестационарным колебаниям при торможении или ускорении его хода. Такие же колебания возникают при ударе двери об упор. [c.112] Если здание расположено близко к центру взрыва, то взрывная волна может его разрушить однако анализ действия взрывной волны выходит за пределы темы данной книги. С другой стороны, если здание находится на достаточном расстоянии, то оно может испытать лйшь сотрясение. Когда атомная бомба была взорвана над Японией в конце второй мировой войны, это чудовищное оружие разрушило большое число сооружений, но —удивительное исключение — многие высокие трубы оказались неповрежденными. [c.112] На фото XXIX показан город Нагасаки, снятый с точки, над которой разорвалась бомба (около полутора километров в стороне от центра группы заводских труб). На фото видны несколько труб, которые выстояли, несмотря на общее опустошение вокруг них. Причина этого обстоятельства будет ясна из последующего изложения. [c.112] Нестационарным нагрузкам подвержены самолеты. Наиболее наглядным примером является удар, получаемый самолетом при его первом соприкосновении с землей при посадке. Аналогичное возбуждение имеет место в случаях, если самолет испытывает действие порыва ветра или пролетает через область турбулентной атмосферы. [c.113] Как мы видели, ротор, подобный показанному на рис. 25, а, приводится во вращение паровой турбиной, совершающей 3000 об/мин, чтобы получить переменный ток со стандартной частотой 50 Гц. Часть роторной системы, показанной на рисунке, представляет собой большой электромагнит с северным и южным полюсами. Электрический ток, питающий этот электромагнит, подводится к ротору через контактные кольца. Ротор вращается внутри статора, представляющего собой стальную конструкцию с установленными в ней электрообмотками. В этих обмотках образуется электрический ток, который затем подается в линию передачи. Нри внезапном изменении электрической нагрузки на статор (как крайний случай,—при короткол замыкании) вращающийся магнит подвергается действию нестационарного крутящего момента. Этот крутящий момент, изменение которого во времени зависит от характера изменения нагрузки, создает внезапное кручение вала, что в свою очередь приводит к крутильным колебаниям турбины относительно ротора. Эти колебания накладываются на движение, обусловленное стационарной рабочей скоростью вращения ротора. [c.113] В последние несколько лет инженеры изучают проблемы непериодических нагрузок, выясняя как действительный характер нагрузок, так и их влияние на динамику системы. Интенсивность этих исс.тедований постоянно возрастает,— ведь даже поверхностное представление об апериодических переменных силах, возникающих в судах, само.четах, автомобилях, мостах и других инженерных сооружениях, убеждает в значительности проблемы. [c.113] Теперь мы начинаем понимать, что проблема нестационарного возбуждения в принципе оказывается довольно сложной. Одна из наших забот связана с тем, что трудно найти метод для обобщения результатов. Однако некоторые обобщения возможны на основании данных о продолжительности действия нестационарной нагрузки. Здесь мы оставим в стороне вопросы возможных изменений системы для ослабления эффекта ударной нагрузки, а рассмотрим лишь влияние скорости, с которой ударная нагрузка действует на систему. [c.114] Вначале рассмотрим случай медленного приложения нестационарной нагрузки — без резких скачков. Предположим, что заметное изменение нагрузки происходит за время, значительно большее, чем основной период свободных колебаний системы. В таком случае можно считать, что отклонения системы происходят так, как если бы сила была приложена статически. Насколько важен этот вывод для технических приложений, можно показать на простом примере из области транспортного строительства. [c.114] Предположим, что автомобиль движется с постоянной скоростью по прямой дороге, и затем входит в закругление, потом выходит из него и вновь движется по прямому участку пути. При входе автомобиля в загругление внезапно возникает боковая сила инерции, стремящаяся свернуть автомобиль с дороги. Иначе говоря, кузов автомобиля резко отклоняется в сх9рону и возникают его колебания на рессорах эти колеб ния будут постепенно затухать. Выйдя из закругления, автомобиль вновь начинает совершать боковые колебания, но в этом случае они происходят относительно нового положения равновесия и возникают в результате внезапного исчезновения боковой силы инерции. [c.114] Если автомобиль проезжает через препятствие, то его колеса совершают вертикальное движение определенной продолжительности. Эти колебания не передаются непосредственно на пассажира благодаря податливости шин и рессор. Можно сказать, что колеса подвергаются неста-пионарному возбуждению. Под действием этого возбуждения рессоры деформируются, что приводит к свободным колебаниям автомобиля и подпрыгиванию пассажиров вверх и вниз ). Здесь вновь возникает вопрос о медленной и внезапной нагрузке. Если автомобиль медленно проезжает через горбатый мост, то это не помешает беседе пассажиров. Но если автомобиль имеет большую скорость 0 очень быстро переезжает через такой мост, то последствия частично зависят от того, когда в последний раз пассажиры принимали пищу это уже не медленное возбуждение. [c.115] Как мы увидим ниже, особенности действия мгновенной нагрузки требуют особого метода изучения соответствующих задач естественно, что этот метод основан на анализе волновых процессов. [c.116] Вернуться к основной статье