Введение к работе
Актуальность проблеми диктуется как логиков внутреннего развития науки о динамическом поведении распределенных систем с движущимися по ним объектами, так и запросами современной практики.
Успехи, достигнутые в последнее десятилетие в разработке теории волновых процессов в механических системах єстєствєігнкм образом поставили на повестку дня вопросы взаимодействия толковых полеп с сосредоточенными объектами, теория динамического поведения которых до сих пор развивалась независимо от теории волн.
Кроме того, разработка основ теории преобразования анергии волн в энергия двияуиихся объектов необходима таюте для успеи-ного решения проблем создания технологий, основанных на волновых принципах действия, и, в частности, проблемы транспортирования объектов с помоцьа ЕибрацнЯ.
Состояние воггроса. Давление волн на препятствие известно егцэ со времен ЗЯлерл (1746), Однако, задачи о движении объектов под действием дагленил упругих волн до последнего времени никем не рассматривались. Одной из причин является то, что не удавалось няЯти вырл екие для двгсяущеЯ силы. Исключение составляет поперечнъге волны в струне, дпвление которое на препятствие было вичислено Д.Рэлеем (1902), И.Лдркором (1902) п Е.Л.Николая (1912).
Впервые универсальное выражение для сил давления упругих юли через лагранжиан распределенной системы было получено А.И.Веснкиким и Г. А. Уткиным (1982), что позволило математически' и физически корректно поставить задачу о преобразовании энергии волн в энергию поступательного движения объектов;
Цель работы:
- выявить, от чего зависит коз
- на простеИших примерах движения объектов вдоль струїш, балки и мембраны изучить зависимость двил^ущей силы (давления волн) от параметров задачи (параметров источников, дисперсионных свойств напряплявдеР, упруго-инерционных свойств объекта и т.п.).
Научная новизна. Для элективного движения объекта под действием реакции излучения необходимо, чтобы волны излучались только в одну сторону. Не решая конкретных задач, нельзя было ответить на вопрос: можно ли ото реализовать? И если да, то каким необходимо удовлетворить требованиям9
Анализ конкретних задач показал, что однонаправленное излучение возможно, прячем для его реализации.принципиально необходимо наличке комбиниромянногс источника вибрации [4,5,9] Применительно к струне и балке комбинированный источник представляет собой ссчетание поперечной силы и момента сил, либо поперечного смещения и угла поворота. В случае балки носителем комбинированного источника может быть сосредоточенный объект, другю.3! словами, возможен элементарный волновой движитель [10,13]
Одним из основных вопросов в теории движения объектов под действием давления упругих волн является вопрос о коэффициенте преобразования энергии источников вибраций в энергию поступательного движения объектов, т.е. о коэффициенте полезного действия.
Впервые выражение для коэффициента полезного действ;--? (КПД) идеального волнового движителя (ВД) было получено А.И-Васнкцкии и Г. А.Уткиншл (1939). Око тлеет вед
Ч-хУкг і * (1)
где у - скорость объекта, ty~^C0/lC- фазовая скорость излучаемой км волны. На осново анализа, конкретных примеров (струна, балка) отими асторамя было сделано утверждегаз о том, что КПД не южет превышать некоторой взлїпїїзш, определяемой так называемой критической скорость» движения объекта. Тан, например,' в случае движения объекта вдоль струны его скорость не может превышать скорости распространения волн (в противном случае формула не верна) и следовательно, КПД меньше 0,5. В случае балки КПД < 0,8.
Оказывается, как показали проведенные в диссертации исследования [14] , бозмохны такие реализации ВД, которые разрешают Движения с закрнткческими скоростккк, и следовательно, КПД идеального ВД может быть сколь угодно близким к единице, i.e.
не хухе, чем у вшгга. Развитая в диссертации теория ВД позволила дать теоретическое сбосноваїше эффекта снижения сопротивления двякениэ объекта вдоль упругой направляющей посредством вибращїогаїого воздействия на него [?] .
Ранее было известно, что при взаимодействии поперечных голи з струне и мембране с равномерно движущимся закреплением (если скорость закрепления "дозвуковая") относение падающей волны к ее частоте равна сумме таких яе отношений для вторичных воли (отраженных и прогедЕих). В диссертации этот результат был обобщен на случай, вообще госоря, произвольной направляющей. Кроме того, найдены инвариантные соотнесения мегду импульсами, переносимыми EO.iHaj.ai и волновыми числами. Впервые получены соот-кошения, связывающие энергетические и кинематические характеристики волн з случае их излучения движущимся ксточніпсои [15]-Найдены также соответствующие инварианты и для закритических скоростей. Окрзалось, что они ішепт качественное отличие.
Практическая значимость. Разработанная теория может быть положена в основу методоз расчета:
дииення объектов вдоль упругих направляющих под действием сил давления волн;
зФфехта сниления сопротивления двістенип тел вдоль упругие направляющих в результате вибрационного воздействия на них.
Диссертационная работа выполнялась з соответствии с:
программой научных- исследований отделения проблем машинострое-ния, механики и процессов управления АН СССР "Механика" (раздел 4) по теме "Динамика волновых двікекий механических систем";
постановлением Президиума АН СССР .''642 от 21 мая 1986г. (раздел 8.3) по теме "Разработать рекомендации по исследованию процессов волновой технологии для повішення ресурса деталей масин и элементов конструкций".
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсувдзлись на
Всесоюзных конференциях "Нелинейные колебания механических систем" (Горь:шй, 1987, 1990);
Всесоюзной конференции "Волновое и вибрационные процессы в мапзгоостроекии" (Горький, 1989?;
Всесоюзном совещании-семинаре "Инженерно-физические проблемы новой техники" (Звенигород, 1930);
Региональной конференции "Динамические задачи механики сплош-
- A -
кой среди" (Краснодар, 1990);
Научно-технической конференции молодых ученых "Повышение надежности маиин " (ІЬрький, 1988);
Научных сеыттрах Нф ИМАШ АН России, ИЯШ АН Украины, ВНИИ "Мехакобр".
Публикация. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ l—I5J .
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем составляет 145 стр., включая 120 стр. кзшинописного текста, 45 рисунков, 2 таблицы и 9 стр. бпблиоі'р-фіи, содержащей 68 наименования.