Введение к работе
Актуальность проблемы обусловлена ыалоизученностью эффектов волнообразования в упругих направлявших, учет которых,., с .развитием современной техники становится все более необходимым.
йнтенснвно развивавшийся высокоскоростной транспорт, а также технологии, использующие быстродействующие мавины и механизмы, испытывают потребность в теории, адекватно описывающей динамические процессы в направляющих, взаимодействующих с движущимися' по ним объектами. Методологической основой такой теории должна стать теория волн, а более конкретно - теория излучения волн движущимися источниками возмущений.
Успеху достигнутые в последнее десятилетие в разработке теории излучения упругих волн двиїущииися объектами, связаны, в основной, с исследованием задач о равномерном двиїении объектов по'однородным безграничным направляющим, т.е. изучением особенностей проявления эффектов Допплера и Вавилова-Черенко-ва прйменительно-к-упругим системам. Естественным продоліени-ем этого цикла' задач является поднимаемый в данной работе вопрос о переходном излучении упругих волн, возникающим при равнонерном двизении объектов вдоль неоднородных направлявших.:
Необходимость изучения переходного излучения в упругих системах обусловлена тем. что все направляющие в больвей или кеньпей степени неоднородны, а.следовательно, переходное излучение 'является одним-из характерных источников вибраций в упругих направляющих. Кроме того, актуальной для исследования является проблема (поднятая, кстати, совсем недавно) об устойчивости колебаний объекта в процессе излучения, от решения которой зависит, например, надежность и экономичность электрической тяги на зелезных дорогах.
Состояние вопроса. Впервые переходное излучение было
~ 2".
описано в 5944 года В.Л.Гинзбургом и И.М.Франком, которые теоретически исследовали излучение электромагнитных волн, возникающие при пересечении электрическим зарядом границы раздела вакуум-идеальный проводник. Позднее появились . экспериментальны* работы, а к настоящему времени переходному излучению электромагнитных волн посвящены сотни статей, ряд обзоров, выгла монография. Эффект переходного излучения был заложен в основу мощных усилителей электромагнитных волн, а также переходных счетчиков, измерявших энергии улырарелятивистских заряженных частиц.
В 1962 г. было впервые описано излучение акустических волн, возникающее при пересечении телом малых размеров границы раздела двух газообразных сред. Появившиеся за последние 20 лет работы по переходному излучению звука, а такае опубликованный в 1S85 году обзор, позволят утверждать, что переходное излучение акустических волн к настоящему времени изучено достаточно хорово.
Икая ситуация славилась в разделе механики, изучающем процессы взаимодействия упругих направляющих с движущимися' по ним объектами. До сих пор, насколько известно автору, эффект переходного излучения в таких системах не изучался. Это не-означает, конечно, что не анализировались ситуации и задачи, в которых данный эффект проявляется. Огромное количество работ, например, посвящено исследованию динамики'однопролетных и ыкогопролетных мостов, подвераенных. действие равномерно' движущейся нагрузки, рассматривалось двиаение нагрузки по периодически-неоднородным направлявші*. Однако ни в одной из вышеуказанных работ эффект переходного излучения не был выделен и изучен, хотя зачастую именно этот эффекг определяет динамику рассматриваемых систем.
Цель работы состоит в :
- теоретическом изучении переходного излучения упругих волн, возникающего при "переходе" равномерно движущегося объекта через локализованную область неоднородности направляющей и выявлении, на основе результатов анализа, особенностей переходное излучения в упругих направляющих;
- исследованию основополагавщих вопросов теории переход
ного излучения в периодически-неоднородных и случайно-неодно
родных направляющих, а именно - изучении спектра излучения,
реакции излучения, действующей на движущийся объект, а такне
влияния излучения, на поперечные колебания объекта.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следувцен:
- исследовано переходное излучение упругих волн,возника
вшее при переходе равномерно двияуцегося объекта через лока-
лизованнуп область неоднородности направлявшей. Получены вн-
раяения для энергии и волнового импульса излучения, его реак
ции на двиаущийся объект. Записаны и проанализированы закони
изменения энергии и импульса при переходном излучении. Пока
зано, что основные особенности переходного излучения в упру
гих системах связаны с взаимообусловленность!! колебаний нап-
.равлявчей н двивупегося объекта в процессе излучения. За счет этого, в частности, моиет происходить разрыв контакта объ-ект-направляпдаз.
- расснотрёно переходное излучение в периодически-неод
нородных направляющих при двикении по ним постоянной нагруз
ки. Показано, что регуляэность.неоднородности приводит к то
ну, что спектр излучения оказывается дискретным, причем фазо-
зая .скорость каядой излучаемой гармоники равна скорости дви-
зения нагрузки. Установлено, что при совпадении групповой
скорости ОДНО.Й из излучаемых гармоник со скоростью двиаения
' нагрузки, амплитуда колебаний системы нарастает резонансным образом. Найдено внраіение для средней по периоду реакции из- лучения, величина которой отлична от нуля.
. изучено среднее поле переходного излучения в случайно-неоднородной направлявшей, подвергенной действии нагрузки. Нстаывлено, что переходное излучение приводит к ограничении резонансных колебаний нагрузки и оказывает сопротивление ее движении. Б этом смысле влияние переходного излучения на колебания нагрузки эквивалентно влиянии диссипации в направляю-аей.
показано, что колебания объекта, равномерно двигуиего-
_ 4 -ся по периодически-неоднородной и случайно-неоднородной упругой направлявшей в процессе излучения могут быть неустойчивыми при случайном изменения свойств направляющей - неустойчивей в среднем), чад проявляется в нарастании амплитуды колебаний объекта с течением времени Определены условия неустойчивости.
Практическая значимость. Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе, могут быть использованы в целях сниаения уровня вибраций в упругих направляицих. взаимодействующих с двияущимися по ним объектами, а также для диагностики состояния этих направляювих. Методы расчета устойчивости колебаний двиаулегося объекта в процессе излучения, опробованные в работе на простейиих моделях, могут быть полезны при конструировании высокоскоростного наземного транспорта.
Диссертационная работы выполнялась в соответствии с планом основных научно-исследовательских работ Нф ИМЙІ РАН по темам "Динамика волновых движений механических систем" и "Разработка теории и новых принципов создания вибровозбудителей, в том числе на волновых принципах генерирования колебаний", включенных в программу фундаментальных исследований отделения проблем маииностроения. механики и процессов управления ЙН СССР на 1989-2000 гг. по комплексным программам "йеха-ника" (раздел 4.4.3) и "Машиностроение и технология" (раздел 1.3) соответственно.
Апробация работа. Иатериалы диссертации докладывались и обсуждались на
Международном коллоквиуме "Волны в двимуцихся и неоднородных средах" (Лиссабон.1991)
Всесоюзной конференции "Нелинейные колебания механических систем" (Горький.1390)
- Всесоюзном совещении-семинаре "Инженерно-физические
проблемы новой техники" (Мссква.1992)
Всесоюзном семинаре "Динамика распределенных систем" (Горький.1991)
Научных семинарах Нф ИМА8 РАН
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 печатных работ /i-S/i
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения (148 страниц основного текста, сопровождаемого 29 рисунками и списков литературы из 102 наименования).