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.