Материал: Прочность, устойчивость, колебания. Т. 3

Влияние демпфирования в общем случае. Если параметрические ко­ лебания описываются системой дифференциальных уравнений с периоди­ ческими коэффициентами, то расчет областей неустойчивости при на­ личии демпфирования усложняется. Некоторые приближенные методы указаны в книге [71. Метод малого параметра дает для определения границ комбинационных областей следующую приближенную фор­ мулу [28]:

при определенных условиях введение малого демпфирования может приводить к расширению комбинационных областей неустойчивости. Аналогичное явление было обнаружено в задачах устойчивости упру­ гих систем, находящихся под действием непотенциальных сил [8 ].

ВЛИЯНИЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В НЕВОЗМУЩЕННОМ СОСТОЯНИИ

Постановка задачи. Рассмотренные выше задачи параметрических колебаний можно трактовать как задачи об устойчивости некоторых

ния стержня, в случае рис. 1, 6 — радиальные колебания кольца, в случае 1, в — колебания пластинки в своей плоскости и т. д. Однако весь предыдущий анализ базировался на предположении, что переме­ щения в невозмущенном состоянии пренебрежимо малы. Рассмотрим уточненную постановку задачи для случая упругого стержня, сжимае­ мого периодической продольной силон (рис. 3).

Пусть и (х, I) — продольное перемещение точек; V(*, 0 — попереч­ ное перемещение точек, принадлежащих оси стержня; ЕР — жесткость сечения при растяжении-сжатии. С учетом наиболее существенных не­

Через гх обозн чена продольная деформация оси стержня, т. е.

ди . 1 / до \ а

366 Параметрические' колебания упругих систем

Решение уравнений (53) должно удовлетворять-граничным условиям

и = иа-\- ы,. и — о0+ Ъ, где и и о — малые возмущения, и линеари­ зируя уравнение (53),относительно этих возмущений, придем к следую­ щим уравнениям в вариациях:.

Уравнения (56) подробно исследованы в книге [7]. Важнейший ре­ зультат, относящийся к главной области параметрического резонанса, состоит в следующем: помимо резонанса вблизи соотношения 0 = 2Й, возможно возбуждение поперечных колебаний 0 = ш/ (со/ — частота продольных колебаний).

Физическое истолкование результата. Вблизи 0 = со/ имеет место резонанс продольных колебаний, вследствие чего резко возрастает динамическая продольная сила в стержне. Поэтому жесткость стержня по отношению к поперечным колебаниям вблизи 0 = со; является перио­ дической функцией времени с большой амплитудой изменения. Глав­ ные области параметрического возбуждения при отсутствии демпфиро­ вания показаны на рис. 10. При больших значениях коэффициента возбуждения р области сливаются.

Дальнейшие подробности можно найти в книге [7]. Там же рас­ смотрен в уточненной постановке ряд других задач (параметрические колебания криволинейных стержней, балок, рам, пластин и т. д.).

УЧЕТ НЕЛИНЕЙНЫХ ФАКТОРОВ ПРИ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ

УПРУГИХ СИСТЕМ

Общие замечания. Рассмотрение параметрических колебаний в ли­ нейной постановке позволяет найти границы областей неустойчивости и описать поведение упругих систем в течение начального периода возбуждения параметрических колебаний. Согласно линейной теории амплитуды параметрических колебаний возрастают со временем по экспоненциальному закону. Для того чтобы найти амплитуды устано­ вившихся колебаний, необходимо рассмотреть задачу в нелинейной постановке, удерживая в уравнениях члены, которые обычно (напри­ мер, при изучении вынужденных колебаний) игнори­ руются.

Простейшая нелинейная задача. Нелинейные пара­ метрические колебания упругих систем рассматривались впервые в работах [4, 101 и позднее в статьях [6, 16, 25, 28, 29]. Приведем некоторые сведения, относя­ щиеся к простейшей задаче о колебаниях опертого стержня, сжатого периодической продольной силой. Пусть на подвижной опоре стержня (рлс. 11) имеется линейная упругая связь, препятствующая продольным перемещениям, продольный линейный демпфер и сосре­ доточенная масса. Полагая, что

V {х, 0 = / (0 51П - р

*(х,и

получим, что колебания системы приближенно описы­ ваются нелинейным дифференциальным уравнением

• ж + 2е ■§■+ 22 (* ~ 2* с05 е'> / +

В уравнении (57) использованы те же обозначения, что и в урав­ нении (48); кроме того, в это уравнение входит нелинейная функция

368 Параметрические колебания упругих систем

здесь у. ро и х — некоторые постоянные коэффициенты. Первый член в формуле (58) учитывает влияние продольной упругой связи, второй — влияние продольного демпфера, третий — влияние сосредоточенной массы, закрепленной на подвижном конце.

Графики зависимости амплитуды а0 от частоты возбуждения 9 схематически показаны на рис. 12, а—в в окрестности главного параметрического резонанса.

Рассмотрены три случая:

а) у > 0, е0 = к = 0; б) е0 > 0, у —х = 0, в) и > 0, у = еп — 0*

Штриховыми линиями обозначены неустойчивые решения (подробнее см. работы [7,10]). Там же дано решение различных нелинейных задач о параметрических колебаниях стержней, стержневых систем, пласти­ нок. Параметрические колебания упругих систем в нелинейной поста­

Т.6. Вып. 5. 1952.

2.Б е л я е в Н. М. Устойчивость призматических стержней под дей­

ствием переменных продольных сил. Сб. «Инженерные сооружения и строи­

периодическими продольными силами. Сб. «Поперечные колебания и крити­ ческие скорости». Вып. I. Изд-во АН СССР, 1951.

7.Б о л о т и н В. В. Динамическая устойчивость упругих систем. Гостехиздат, 1956.

8.Б о л о т и н В. В. Неконсервативные задачи теории упругой у с т о й ­ чивости. Физматгиз, 1961.

13.Д ж а и е л и д з с Г. 10. Устойчивость упругих систем при динами­

ческих нагрузках. Сб. «Проблемы устойчивости в строительной механике*. Стройнздат, 1965.

14.К р е й н М. Г. Основные положения теории Л — зон устойчивости канонической системы линейных дифференциальных уравнений с периоди­