为什么要研究弯扭耦合振动？

chunshui2003

振动大体可分为弯曲、扭转和竖向3种，对应典型结构体的6个自由度。排除竖向振动，则存在弯扭耦合振动的说法。
我最近一直在想，为什么要研究弯扭耦合振动。
一般情况下，弯振对系统影响要大于甚至远大于扭振，这从二者文献数量的对比上就能看出。即使存在一些关于转轴因故障扭矩而断裂的报道，也不能将扭振对系统的影响上升到和弯振同等的高度。但是，我看过的每一篇相关报道都把扭振研究说得十分有意义（当然，为了发文章都得如此），可它的实际意义究竟在哪里说得又都不是特别清楚，最多的表述是：为故障诊断识别和振动预防提供参考，为xxx提供理论依据。这样的说法几乎适用于任何转子动力学的研究意义=没有意义。
我的导师提出了这个问题，之前的一个专家在某次讨论时也提出了这个疑问，同时也引发了我的思考：为什么要研究扭振，特别是为什么要进一步研究弯扭耦合振动。如果说扭振真的有意义，我仅仅单纯研究扭振行不行。

kkkttt

1. 对于船舶传动轴、直升机螺旋桨传动轴一类的轴系，其扭转振动还是很明显的
2. 至于汽轮机转子等大多数轴系，从振动量级上来确实没办法和弯振等同而论
2. 据个人看过的文献来讲，弯扭耦合振动会产生一些新的组合频率，至于这些频率是否有研究的必要个人不是太了解了，你可以找文章看看，这些组合频率的量级

chunshui2003

kkkttt 发表于 2016-3-2 09:43
1. 对于船舶传动轴、直升机螺旋桨传动轴一类的轴系，其扭转振动还是很明显的
2. 至于汽轮机转子等大多数轴 ...

谢谢。我在查找文献时看到过一些关于船舶、直升机轴系的文章，但是因为和自己研究的对象差的比较远，所以没太关注。量级和频率是振动的重点，前者确定幅度，后者判断类型和共振，我想既然从量级的角度找不到突破点，那么频率应该能给我带来一些启发。

kkkttt

chunshui2003 发表于 2016-3-3 07:47
谢谢。我在查找文献时看到过一些关于船舶、直升机轴系的文章，但是因为和自己研究的对象差的比较远，所以 ...

研究的题目不是你导师给的吗？怎么他又提出异议？

欧阳中华

.
    这个问题实际上还是涉及对基本概念的理解。

    从振动形式分析，通常有弯曲振动、扭转振动和纵向压缩振动，其实这3种都是特定条件下存在的形式，最一般的形式是3种之间的耦合，既然是耦合就没有确定的形式了，也就是说最一般的振动可能是是3种振动的耦合，比3种任何之一都复杂，而且可能复杂的多。

   为什么会有弯曲振动和扭转振动，是因为存在这种特殊的应用或存在，对象的几何与物理在一定条件下，就会出现弯曲振动或扭转振动，或者说“纯弯曲”、“纯扭转”或“弯扭耦合”，当横剖面"弯心"和“扭心”重合或在运动的同一条线上，这时弯扭是不耦合，彼此独立出现，或可以独立求解的。物理上弯曲运动的关系力和弹性力不会对扭转模态做功，那么弯扭就不会耦合 . . ..

    体味一下圆柱、T型钢、槽钢、树枝. . . .，各自的几何与物理关系，结合弯曲和扭转，就会慢慢明白。

   再就是要从哲学的层面去理解“一般”与“特殊”的关系，“特殊”涵盖于“一般”，研究多的一定是“特殊”，而不会是“一般”，因为“特殊”通常简单，课本都是从简单开始 . ..

dollfish000

欧阳老师所说的哲学层面很深奥啊，我可以举例子吗？
像内燃机曲轴－轴承系统，由于曲拐部分是盘状的，具有一定的转动惯量，
加上尾部的飞轮，那转动惯量就提高了，扭转固有频率就低了。
如果此时收到了燃爆冲击，很容易产生扭振。
同理在船 电力推进轴系上，轴的长径比是很大的，扭转固有频率也低，如果受到水流激励或来自电力系统的激励，也很容易产生扭振。
如果轴系存在偏心，那就会有弯扭耦合振动。耦合是客观存在的，大或小而已。在有些耦合不强的场合，独立分析影响也不大。

欧阳中华

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   内燃机机轴系扭振是最重要的，轴系还存在回旋和纵振，回旋与扭振是耦合的，都属于低频，纵振耦合比较弱，频率相对也高一些。

mxlzhenzhu

kkkttt 发表于 2016-3-2 09:43
1. 对于船舶传动轴、直升机螺旋桨传动轴一类的轴系，其扭转振动还是很明显的
2. 至于汽轮机转子等大多数轴 ...

你好，请问非线性动力学问题，线性化的方法有哪些？

chunshui2003

kkkttt 发表于 2016-3-3 09:33
研究的题目不是你导师给的吗？怎么他又提出异议？

我已经毕业了，现在写一个东西和导师讨论了一下，他根据自己的理解给了一些建议

chunshui2003

欧阳中华 发表于 2016-3-3 10:48
.
    这个问题实际上还是涉及对基本概念的理解。

谢谢欧阳老师。您是从物理概念的角度解释这个问题，我可能更关注的是实际工程意义。如您所说，一般物体的振动方式是3种振动之间的相互耦合，但化繁为简，所以关注于纯弯和纯扭等。就像世界上一切物体都是立体，只是为了说明机理和意义，才有平面的存在。

chunshui2003

dollfish000 发表于 2016-3-3 18:08
欧阳老师所说的哲学层面很深奥啊，我可以举例子吗？
像内燃机曲轴－轴承系统，由于曲拐部分是盘状的，具有 ...

我是否可以这样理解你的说法，由于制造或其他因素使得轴系扭振固有频率降低，从而有可能形成外激励频率与该频率接近，造成共振引发巨大危害，这才是研究扭振的意义。至于弯扭耦合，质量偏心、转轴不对中（双跨转子或多跨）、碰摩以及电磁扭矩等均是其诱因。
我研究的是水电机组，和你研究的内燃机应该有很大差异，但又有一些共性，比如机组容量增大、结构紧凑后轴系相对扭转刚度降低，再加上质量偏心等共通性，所以扭振和弯扭耦合存在研究的必要。

kkkttt

chunshui2003 发表于 2016-3-4 08:38
我是否可以这样理解你的说法，由于制造或其他因素使得轴系扭振固有频率降低，从而有可能形成外激励频率与 ...

主要还是系统的复合问题，对于曲轴一类传递大扭矩的转子而言，其扭转振动的地位自然就提升，虽然频率仍然可能比较高

dollfish000

chunshui2003 发表于 2016-3-4 08:38
我是否可以这样理解你的说法，由于制造或其他因素使得轴系扭振固有频率降低，从而有可能形成外激励频率与 ...

如果外部的激励很容易就使轴系产生扭振，
那么弯扭耦合共振的产生也变得容易，就看耦合的程度有多大。
研究水轮机组是个比较复杂的工程啊，祝你顺利！
我们实验室有博士研究过混流式水轮机组轴系的磁流固耦合的非线性振动。

chunshui2003

dollfish000 发表于 2016-3-28 10:21
如果外部的激励很容易就使轴系产生扭振，
那么弯扭耦合共振的产生也变得容易，就看耦合的程度有多大。
...

我们这个方向属于小众中的小众，有同行一起弄才能发扬光大。我硕博在大连理工大学，现在太原理工大学工作。请问你在哪所高校。

aspen

chunshui2003 发表于 2016-3-28 11:07
我们这个方向属于小众中的小众，有同行一起弄才能发扬光大。我硕博在大连理工大学，现在太原理工大学工作 ...

确实，专门搞转子的圈子不大