Исследуемая научная проблема заключается в конкретном теоретическом и экспериментальном определении демпфирующих и гидроупругих свойств внутренней и внешней среды для объектов, испытывающих динамическое взаимодействие с жидкостью.
Рассматриваемыми объектами являются любые колеблющиеся или движущиеся в жидкости конструкции (оболочки, корабли, глубоководные аппараты, воздушная и космическая техника). Эти объекты могут быть изготовлены из различных материалов, в том числе и композитных. Эти объекты не являются абсолютно жесткими или абсолютно упругими и обладают внутренними демпфирующими свойствами.
Жидкости, с которыми взаимодействуют эти объекты, тоже могут быть различными с различной степенью вязкости (вода, нефте- и химические продукты, газы, в том числе воздух, и в предельном состоянии – вакуум). Эти жидкости обладают внешними (по отношению к объекту) демпфирующими свойствами.
Конструкции и жидкости взаимодействуют друг с другом гидроупругим образом (связная гидроупругая задача). Данная проблема существует с момента первых попыток учесть при решении динамических задач диссипативной составляющей (а она есть всегда) с помощью введения в теоретические расчеты некоторых характеристик, учитывающих демпфирующие свойства внутренней и внешней среды.
Предполагается, что эти демпфирующие свойства (характеристики) следует и можно определить экспериментально. Однако в том то всё и дело, что определить эти демпфирующие характеристики корректно и точно до сих пор не удается. Корректной методики и корректного решения этой проблемы до сих пор нет.
Трудности решения этой проблемы заключаются в том, что демпфирующие свойства внутренней и внешней среды, во-первых, зависят от самого динамического процесса; во-вторых, они трудно разделимы на составляющие (материал, конструкция, среда); в-третьих, они являются обобщенными и поэтому использование их в сложных задачах в виде некоторых численных коэффициентов является принципиально не правильным. Обобщенные демпфирующие характеристики являются откликом на те обобщенные перемещения, которые возникают в динамическом процессе для сложных задач и сложных конструкций.
В реальной практике при решении задач исследователи вынуждены принимать допущение, что демпфирующими свойствами можно пренебречь (уйти от проблемы); либо использовать существующие приближенные сведения о демпфирующих характеристиках (согласиться с погрешностью до 30÷50 процентов); либо выполнить собственные полномасштабные экспериментальные исследования (пойти на дополнительные затраты без уверенности, что результаты будут корректными). Последний путь (при решении ответственных задач) является самым распространенным. При этом он является долгим и затратным и не является корректным и универсальным.
Возникновение сил внутреннего сопротивления носит термическую природу [1]. И связано это с тепловыми потоками между кристаллами. Происходит это из-за нагрева зерен в процессе деформации материала. Эти потери энергии определяются площадью петли гистерезиса за один цикл [2]. Оценка величины внутреннего сопротивления ведется с помощью коэффициента поглощения и коэффициента внутреннего сопротивления.
Появление сил внешнего сопротивления связано с воздействием на конструкцию жидкой среды. Примем, что силы внешнего сопротивления и скорость движения колеблющейся системы, пропорциональны. Тогда в линейной зависимости, между силой внешнего сопротивления и скоростью, появиться связывающий коэффициент. Его называют коэффициентом сопротивления. Указанные коэффициенты и получают экспериментально.
Учет сопротивления внешних жидких сред при колебаниях необходим для полного понимания процессов происходящих при колебаниях конструкций. Это особенно важно при работе конструкций вблизи резонансных зон.
Библиографическая ссылка
Попова Е.С., Журбина И.Н. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЕМПФИРУЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ЗАДАЧ // Международный студенческий научный вестник. – 2016. – № 3-2. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=14929 (дата обращения: 19.04.2024).