Научная статья на тему 'ЗАДАЧА ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СДАВЛИВАЕМОГО СЛОЯ ВЯЗКОГО СЖИМАЕМОГО ГАЗА С УПРУГОЙ ПЛАСТИНОЙ'

ЗАДАЧА ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СДАВЛИВАЕМОГО СЛОЯ ВЯЗКОГО СЖИМАЕМОГО ГАЗА С УПРУГОЙ ПЛАСТИНОЙ Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
34
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Труды МАИ
ВАК
Область наук
Ключевые слова
ВЯЗКИЙ СЖИМАЕМЫЙ ГАЗ / ЩЕЛЕВОЙ КАНАЛ / БАЛКА-ПОЛОСКА / УПРУГАЯ ТРЕХСЛОЙНАЯ ПЛАСТИНА / УРАВНЕНИЕ НАВЬЕ-СТОКСА / АМПЛИТУДНЫЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Блинкова Оксана Владимировна, Кондратов Дмитрий Вячеславович

Рассматривается задача моделирования течения вязкого сжимаемого газа в щелевом канале, состоящем из двух пластин. Первая пластина является абсолютно жесткой и совершает гармонические колебания в вертикальной плоскости, вторая является однослойной упругой пластиной. Математическая модель в безразмерных переменных представляет собой связанную систему дифференциальных уравнений в частных производных, описывающую динамику движения вязкого сжимаемого газа и упругой балки-полоски с соответствующими граничными условиями. Найдено выражение для амплитудно-частотной характеристики.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Блинкова Оксана Владимировна, Кондратов Дмитрий Вячеславович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INTERACTION DYNAMICS PROBLEM OF A LAYER, BEING SQUEEZED, OF VISCOUS COMPRESSIBLE GAS WITH ELASTIC PLATE

The rapid process of technology and engineering development in the modern world leads to the necessity of developing and considering mathematical models of thin-walled elastic structural elements. The study of elastic thin-walled structures, the space between which is filled with a viscous liquid or gas, is becoming increasingly interesting. The article tackles the problem of modeling the flow of a viscous compressible gas in a slotted channel consisted of two plates. The first plate is rigid, and performs harmonic vibrations in the vertical plane (vibrator), while the second one is represents an elastic plate (stator). Mathematical model in dimensionless variables is a coupled system of partial differential equations, describing motion dynamics of a viscous compressible gas (Navier-Stokes and continuity equations) flowing between two plates and an elastic beam-strip with the corresponding boundary conditions. To solve the set problem of a viscous incompressible gas and an elastic linear plate interaction, we switched to the dimensionless variables of the problem. Small parameters of the problem, i.e. relative width of the viscous gas layer and relative deflection of the elastic stator, were selected. These small parameters of the problem allowed using the perturbation method to simplify the system of equations. The article presents a technique for solving this problem, being a combination of the direct method for solving differential equations and the Bubnov-Galerkin method. An expression for the amplitude-frequency response of the elastic stator was obtained. The study of the amplitude-frequency response of the elastic stator will determine the operating modes under which the resonant phenomena occurs, and accounts for them when developing new structures in the modern engineering and aerospace industries. The presented mathematical model can find application in gas-dynamic vibration mounts and dampers.

Текст научной работы на тему «ЗАДАЧА ДИНАМИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СДАВЛИВАЕМОГО СЛОЯ ВЯЗКОГО СЖИМАЕМОГО ГАЗА С УПРУГОЙ ПЛАСТИНОЙ»

Труды МАИ. Выпуск № 110 http://trudymai.ru/

УДК 531.383: 532.516 DOI: 10.34759/trd-2020-110-21

Задача динамики взаимодействия сдавливаемого слоя вязкого сжимаемого газа с упругой пластиной

Блинкова О.В.1*, Кондратов Д.В.2**

1 Саратовская государственная юридическая академия,

Вольская улица, 1, Саратов, 410056, Россия

2

Поволжский институт управления имени П.А. Столыпина,

Московская улица, 164, Саратов, 410012, Россия *e-mail: oksana_parfilova@mail.ru **e-mail: kondratovdv@yandex.ru

Статья поступила 05.02.2020

Аннотация

Рассматривается задача моделирования течения вязкого сжимаемого газа в щелевом канале, состоящем из двух пластин. Первая пластина является абсолютно жесткой и совершает гармонические колебания в вертикальной плоскости, вторая является однослойной упругой пластиной. Математическая модель в безразмерных переменных представляет собой связанную систему дифференциальных уравнений в частных производных, описывающую динамику движения вязкого сжимаемого газа и упругой балки-полоски с соответствующими граничными условиями. Найдено выражение для амплитудно-частотной характеристики.

Ключевые слова: вязкий сжимаемый газ, щелевой канал, балка-полоска, упругая трехслойная пластина, уравнение Навье-Стокса, амплитудные частотные характеристики.

1. Введение

Современная авиационная и космическая промышленность активно применяет различные упругие элементы конструкции, такие как пластины, стержни и оболочки [1-4]. Такие упругие элементы конструкции могут использоваться как элементы двигателей, обшивки самолета, топливных элементов, конструкции шасси, приборов навигации и других [3, 5-7]. Причем упругие элементы конструкции могут взаимодействовать с вязкой жидкостью или газам. Это требует решения достаточно сложных задач контактного взаимодействия, влияния колебаний и волн на упругие элементы [7-12].

Вопросы моделирования поведения упругих пластин при динамическом взаимодействии с жидкостью или газом тщательно изучаются. Случаи, когда пространство между пластин заполнено вязкой несжимаемой жидкостью, исследованы в работах [11, 12], устойчивость нелинейных колебаний пологих оболочек двойной кривизны, нелинейные колебания и устойчивость оболочек и пластин рассмотрены в [13,14], нелинейная динамика аксиально движущихся пластин описывается в [15], динамика пластин при аэродинамическом воздействии рассмотрена в [16], вибрации упругой платины под значительной жидкой нагрузкой - в [17].

Наряду с исследованием однослойных тонкостенных конструкций, для конструирования современных изделий авиастроения и машиностроения характерно все более частое использование различных слоистых материалов и многослойных упругих конструкций. Например, механика слоистых вязкоупругопластических

элементов конструкций описана в работах [18], математическое моделирование

2

проводилось в [19], постановка задачи моделирования взаимодействия слоя вязкой

сжимаемой жидкости с упругим трехслойным статором и абсолютно твердым

вибратором опоры описывалась в работах [20, 21]. Линейный анализ вибрации

консольных пластин, частично находящихся в жидкости проводился в [22],

свободная вибрация консольных композитных пластин в воздухе и жидкости

рассматривалась в [23].

Несмотря на большое количество исследований, поведение однослойных пластин при динамическом взаимодействии с вязким сжимаемым газом, заполняющим пространство между ними, изучены пока еще недостаточно широко. Разработка агрегатов, состоящих из упругих тонкостенных конструкций в виде пластин, взаимодействующих с окружающим слоем вязкого газа, предусматривает исследование динамики механической системы пластина-слой вязкого газа. Это приводит к необходимости постановки и решения задач моделирования динамики взаимодействия однослойных пластин и пластин со слоем вязкого газа, находящегося в плоском щелевом канале, в котором поддерживается гармонически изменяющееся давление, с целью нахождения и изучения амплитудно-частотной характеристики модели, что позволит выявить режимы работы, при которых возникают резонансные явления.

2. Постановка задачи

Рассмотрим физическую модель механической системы, состоящую из абсолютно жесткой пластины I (вибратора) и однослойной упругой пластины II

3

(рис.1).

Рис.1 Физическая модель (Fig.1 Physical model)

Внутренняя поверхность вибратора считается плоской и является одной из стенок щелевого канала. Предполагаем, что вибратор имеет упругий подвес. В слое газа пульсирует давление, возникают гармонические колебания вибратора в вертикальном направлении относительно статора. Движение пластины I описывается гармоническим законом и имеет амплитуду zm.

Статор представляет собой упругую пластину. Длина и ширина статора (21 и b) аналогична длине и ширине вибратора. Ширина стенок считается значительно большей, чем их длина, то есть 2b >> 21. Предполагается, что жесткость пластины

производными по у можно пренебречь (т.е. далее рассматривается плоская задачу), так как плоскости данной модели в направлении оси у можно считать неограниченными.

Вязкий сжимаемый газ III полностью заполняет щелевое пространство, образованное вибратором I и упругим статором II. Толщина слоя заполнителя значительно меньше длины пластин: h0 << 2l.

Предполагается также, что в газе, заполняющем щелевой зазор, и вне его, поддерживается давление р0 + Ρ\(ωΐ), состоящее из постоянной составляющей р0 и гармонической по времени составляющей ρλ(ωΐ).

Температура газа, вибратора и упругого статора считается постоянной. Предполагается также, что возникающие при взаимодействия слоя газа со статором прогибы пластины II, и амплитуда колебаний вибратора являются намного меньшими средней толщины слоя заполнителя, т.е. zm << h .

Закон движения вибратора имеет вид: z = h(t) = h0 + zmf (ωΐ), где h0 - среднее значение ширины щелевого зазора h, zm - амплитуда колебаний вибратора в вертикальном направлении, ω - частота колебаний стенки верхней пластины, t -время.

Таким образом, физическая модель опоры представляет собой совокупность абсолютно жесткого вибратора и упругого статора, взаимодействующих друг с другом через сдавливаемый слой вязкого сжимаемого газа с пульсирующим в нем давлением.

Пусть X, z - декартовы координаты; Vx - проекция вектора скорости на ось x; Vz - проекция вектора скорости на ось z; t - время; p - давление; р - плотность; у -коэффициент кинематической вязкости газа.

Динамика движения вязкого сжимаемого газа, находящегося между пластинами, описывается уравнениями Навье-Стокса и уравнением неразрывности, которые в декартовых координатах имеют вид [24]:

dV dV dV

-vx + у x + у X = .

dt x dx z dz

1 dp+_d_

р dx dx

4

у

dV

2

у

3 dx 3 dz

dV } d( (dV dV ^

+— у

dz

x + z

dz dx

jj

dV dV dV

z + V z + V z

1 dp d

dt x dx z dz р dz dz

(4 dV 2 dV }

у z - — у x

3 dz 3 dx

V

+ ■

j

d

dx

( (dV dV

у

X + . z

dz dx

;(1)

jj

1 (dp dp dp\ dVx dVz

+ V + V +z = 0;

Р

dt x dx z dz

dx dz

Граничные условия системы уравнений (1) представляют собой условия прилипания вязкого газа к поверхностям абсолютно жесткого вибратора и упругого статора. Данные условия в рассматриваемом случае выражаются в совпадении скорости заполнителя со скоростями движения этих поверхностей:

Vx = 0 ’ ^ = Zp- ПрИ z = h> + ~mfz («*) + h;

(2)

тг du dw3

Vx=d · Vz=-ğT

h

при z = w3 + .

x

V

V

Здесь u - проекция упругого перемещения статора на ось x; w3 - упругое

перемещение статора по нормали (т.е. его прогиб).

Кроме того, для уравнений (1) ставятся условия свободного истечения газа на

Труды МАИ. Выпуск № 110 http://trudymai.ru/

торцах. Условия свободного торцевого истечения газа в направлении оси x и в

противоположном направлении принимают вид условий совпадения давления на

торце с давлением в окружающем газе. Данные условия записываются в виде:

p = p0 + pY (ωΐ) при X = l,

(3)

p = po + p (ωΐ) при X = -l.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Уравнение динамики однослойной пластины имеет вид [25]:

Eh3

д 4 w3

12(1 - (ур)2) дх

+ Ро h

2

д 2 w,

л

dt2

+

qzz

h

z=w3 + +2

(4)

дVv

h

где qzz =-p + 2ру - при z = w + .

dz r 3 2

Граничные условия принимают следующий вид:

dw3

w3 = 0, 3 = 0 при х = l;

(2Х

w3 = 0, = 0 при х = -l

дх

dw3

w3 = 0, 3 = 0 при y = 0;

(5)

л дw3

w3 = 0, -^3 = 0 при y = b.

X

Введем в рассмотрение следующие безразмерные переменные: τ = ωt, ξ = ,

ζ=γ, Ψ=^ «і, л=zm, Vx =

l

h

Σιηω1 Uξ(ξ,ζ,τ), Vz = z^U((ξ,ζ,τ),

h

0

P = P0 +рУ^Ρ(ξ,τ) + ρι(τ) Ma2 = l-^~ Ψ

ω2 P0 ho ωΡ00

c2 , C = P00 , Re = ру

4

к

у

переменных примут вид:

Re + ЛМа2 Р

(δυ

dU

dU Л

_+л_ _ + Л_ ξ

δτ ξ δξ ζ δζ

δ 2U

дР ξ 2

'^-__ +—υ + ψ

δξ δζ2

Г4д2и д2U ^

ξ+ ζ

3δξ

2 3δζδξ

ψ21 Re +ЛМа2P

(δϋ

dU

δϋ Л

О + Ли ^ + Ли ζ

δτ ξ δξ ζ δζ

δΡ , 2

= - +ψ2

δζ

f4δ2ϋ δ2ϋ ψ2δ2ϋ λ

ζ+---ξ_ + ψ ζ

3δζ2 3δζδξ δξ

2

Ma2 _P + ЛМй2 δτ

(

U

δΡ

+ U,

δΡ

л

ξ δξ ζ δζ

+1 Re + ЛМа2Ρ

(δυ δυ Л __ξ + __ζ δξ δζ

= 0.

(6)

Граничные условия (2) перепишутся в виде:

U(= 0, ϋζ= fT при ζ—1+fz (τ);

(7)

Uξ — 0, Uζ —

w _w w

m_W при ζ — Л mW3, Ζ δτ z

где W3 — wmW3 - прогиб пластины.

Граничные условия для давления (3):

Ρ — 0 при ξ — 1,

(8)

δΡ

— — 0 при ξ — 0.

δξ

Уравнение динамики пластины (4) примет вид:

С20 а2 δ 4W . δ W

12ω2 δξ4 δτ2 p0hwmwz

[p0+ν^ω\ρ+οψ21

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ψ

— 0

(9)

Граничные условия жесткого защемления и условия симметрии задачи

1

Труды МАИ. Выпуск № 110 относительно оси Ox (5) запишутся:

W = 0 при ξ = ±1,

(10)

dW,

з

0 при ξ = 0.

a

2

(ı -μ2) ’

E

где E, μ0 - модуль Юнга и коэффициент Пуассона; р0 - плотность пластинки; c00 -скорость звука в материале пластинки.

Таким образом, построена математическая модель динамической задачи упругости виброопоры, состоящая из: уравнения динамики слоя вязкого

сжимаемого газа (6); уравнения динамики упругого однослойного статора (9); граничные условия на поверхностях пластин (7), граничные условия для давления на торцах и в торцевых щелях (8) и условия свободного опирания упругого статора

Для решения задачи будем использовать метод возмущений. Для этого разложим неизвестные параметры в ряд по степеням малого параметра: возьмем одночленное разложение по малому параметру ψ, а затем представим решение в виде ряда по малому параметру λ:

(10).

3. Метод решения

Uξ = Uξ0 + λυξ1 + ...,

Ur = UГ0 + λυη + .,

^ = υζ0

ζ1

Труды МАИ. Выпуск № 110 Р — Ро + λΡγ +

W3 — W30 + λWи + ....

Из системы уравнений и условий получим для одночленного разложения по ψ и по λ уравнения:

ReU0L + ВР> — о

δτ δξ δζ

2

δρο_

δζ

— 0.

(11)

Ma2 ВР0 + Re δτ

(δϋζ0 + Βϋξ0 Λ

V

δζ δξ

— 0.

Граничные условия:

ϋξ0 — 0, ϋζ0 — f при ζ — 1;

dt

ϋ — 0, ϋ —

ξ0

ζ0

wm dW30 zm ^

при ζ — 0;

Ρ0 — 0 при ξ—+1,

δΡ

ξ——0 при ξ—0.

δξ

Уравнение динамики пластины и граничные условия:

С020a2 δ4Ψ^ . δ2Ψ,

30

30

12ω2 δξ4 δτ2 ρ0h wmwx

Ρ0 + ^P<P — 0.

ψ

W30 — 0 при ξ — +1.

dW:зр

δξ

— 0 при ξ — 0.

1

Труды МАИ. Выпуск № 110

Решение будем искать в виде:

Uξ0 = a— cosτ+Cnξ sin τ,

P0 = Anp co^+Cnp sin^

W30 = A3 cosτ+Cз sin τ+A0,

f (τ)=α0 sin τ-ο0 cosτ.

Решая первое уравнение в (11), получим:

2

ЗС* - Re A -d-Cl Re Αηξ „ ^2

дС

Βΐπτ +

Re С +

ηξ

dAnp З2 Αηξ

8ξ дС

2

0Θ8τ = 0.

Перепишем с помощью системы:

dCnp д2С^

- Re Αηξ+^Α-^2-=0~

3ξ дС

dAnp д 2 An-

Re Cn-+—-—ψ= 0·

д- дС

Выражая из первого уравнения системы An- и подставляя во 2 уравнение получим дифференциальное уравнение:

д 4Cn- 2 дА

-Ct+Re2 Cn-=-Re-Annp-

дС

д-

л 1 dA

Решение уравнение запишется в виде: Cn- =Σ4 = 1CiFi (εζ)-—, где

Re д-

F1 =οΗε—Ηεξ.

F2 =1 (οΗεξ sin εξ+ΞΗεξ cosεξ),

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

<

Труды МАИ. Выпуск № 110 F3 = 1 sh εξ sin εξ,

F4 =1 (οΗεξ sin εξ-ΞΗεξ οοΒεξ).

4

Выражая аналогично из второго уравнения Οηξ и подставляя в 1 уравнение получим дифференциальное уравнение:

д4 Αηξ 2 дС

-А^+Re2 Ant= Re

дζ

дξ

его решение запишется в следующем виде: Αξ = Ґ4=СА (εζ) +

1 дС,

np

Re дξ

Таким образом,

υξ0 =

E?=ıCiFi (εζ)+

1 dCnp''

Re дt

CQST +

Z4=iQF· (εζ)

1 дАпрЛ

Re дt

sınr.

Найдем коэффициенты Ci, i = 1,...4:

___ı_ С,

' 2ε2 д

_ ' ' дСпр п Fl п Ғз F4 ' '

2 2ε2 F2 дξ 1F2 3 F, F2 ε2 ί4F,2 + f2

дАт

дС

пР np

дξ

дξ

+

+

F4) 4С' ҒзF2 -F'F4 ^ F4 Сз (4ҒзF4 +F'F2).

F2

V 2 J

4F42+F2

F2 ί4F42+f22

' дАпр

Сз = ~2 ;

ε2 дξ

С

'

'

4 ε2 ί 4F42 + F22

F2 dAnF-lF, Се-V 4С'(ҒзF2 -F'F4) С3(4ҒзF4+F'F2)

дξ

4

дξ

4F42 + F22

4F42 + F22

Труды МАИ. Выпуск № 110 1

U =

ε

-Cnp -a -Cnp -a

-CtUO)+ -AtL2°) cosr+ l3(0)+ -APlo sinr

|_ -ξ -ξ _ -ξ 3V ' -ξ _

где

ио = — ((l-Fi (εζ))Α+BF2 (εζ)~ 4CF4 Ю);

2 A

12(ζ)=I (-CF2 (εζit AF3 ζ bf4 (εζ));

LO = h ((- Fi εεζ)Α + BF2 (εζ)- 4CF4 (εζ));

І4(0)=

ί λ

-CF2 ζA F3ζ- -bf4{o

2

J

Здесь A=4F42 + F22, B=F1F2 - F2 + 4F3 F4, C=F4 + F3 F2 - F1F4.

P0 и полученное ϋξ0 подставим в уравнение неразрывности (третье

уравнение) и используем граничные условия, получим систему уравнений для определения коэффициентов Anp и Cnp, приравнивая их при sin г и cosr.

При небольших λ:

Ma1 δΡ0+Re

дг

ϋξ0 =0, ϋζ0 =

-ϋξ0 + -ϋζ0

-ξ + -ζ dfz (г)

=0;

при ζ=1;

dr

Uξ0 =0, ϋζ0 = Wm dW30 при ζ=0;

ξ ° zm dr

J

к

- Ma2Â + 2ε1 ηζ + 2 пр δζ

22 ÖÇ, д C д

δξ

пр

2 3

(ζ)

L Ιζ)+ 2-

δξ

пр

2 4

L

ζ)=

0;

Ma2C + 2ε2 ^Αζ + 2--npL (ζ)

пр 2 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

d 2C

д 2 Â

L Ιζ)+ 2-

δζ δξΖ

δξ

пр

22

L

(ζ)=0·

Из граничных условий получаем значения коэффициентов Αζ и £ηζ в

'ηζ

граничных точках:

Αηζ= ao> ^ηζ =co при ζ=ΐ;

w„

w„

Αηζ=~*-03, Οηζ=--^Α3 при ζ=0

Ζ

m

Ζ

m

Проинтегрируем обе части системы от 0 до 1 и подставим полученные значения коэффициентов, получим:

д2С„п „ д2ΑηΡ ~ 2 2 wm л

ηρ ■ _2 p ■ а 'jpq =-2ε2ϋο -2ε2 тАз;

Zm

-Ma2 Αηρ + ηΡ Ρ +

дξ2 дξ

д2С

д 2 А.

Ma2Cnp + —d + — p = -2ε2α0 + 2ε2

ηρ 2

дξz

3;

Ζ„

<

где

1 _ 1 1 _ 1

1ρ = {Ьз(СЩ, 1 ρ ={,

2 ο 2 ο

1 ρ 1 1 ρ 1

1Ρ = ί Lı(ζ)dζ, 1ρ = { .

2 ο 2 ο

Уравнение колебания нижней пластины запишем следующим образом:

2 4

a а4 A

ко

A

Л)0 Zml

24

a а с

------4і -А

ко аξ

a 2 а4 A

Роh WmV Re А)0 Zml

Роh Wm^ Re Ро

A = о·

np

CnP=о;

ко аξ Роh ^ω

Получаем систему из 5 уравнений для поиска коэффициентов Anp, Cnp, A3,

Сз, Ao.

Применяя метод Бубнова-Галеркина, будем искать решение в виде:

Anp =(ΐ-ξ2]A, Cnp =[ 1-ξ |С

np

A3 =11-ξ І *

з,

Сз =11-ξ2 )сз,

An =-Ро—- , где ко = 1 ω

роh w24a2

соо

Подставим в систему уравнений:

- Ma2 (і-ξ2 )a - 2Cp - 2 Aq = -2ε% - 2ε2 Wm (l-ξ2 )2 a3;

zm

Ma2(l-ξ2C -2Cd -2Ap = -2ε2a0 + 2ε2 (l-ξ2j2c3;

m

a

τ 24a3

ко

24a3-(l-ξ2 )2 a3-рр^(l-ξ2 У=о; a 24c3-(і-ξ2 )2 c3-pоiРwmmk(і-ξ2 с=о;

ко 3

A =

Ро к

о

роh wmω2 24a2

Домножим левую и правую части первых двух уравнений системы на 11-ξ I,

2

2

<

Труды МАИ. Выпуск № 110 http://trudymai.ru/

а третьего и четвертого уравнений на (l-ζ21 , затем проинтегрируем все от 0 до 1:

16 2 8 8 2 2 wm 32

-—Ma A—Cp—Aq =-2ε c -2ε---a;

15 3 3 z 35

m

16

15

2 8 ~ 8 ~ 2 Ma C—Cd-—Af=-2ε a + 2ε

2 wm 32

33

384 a

2

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

256

-a3 ----a —

P00 Zml 32

z 35

A=0;

-c3;

15 k 315 pQhwmψRe 35

384 a

2

256

c3 -MM c3-_

P00 Zml 32

C=0;

15 k 315 p0hwmψ Re 35

A

Po

k

0 2 2' p0hwmw 24a

Решая систему, получаем, что

A

_ V

3 Q 3 2 a0 8 f 4S f

\( ~ \

3 2 a0 2

-ε 4rS-2ε c0

JV

4 f

J

Г3 1 8 A

QS—f 8f 3 ,

, 3 3 2 a0 2

—ε -°S-2ε c0

C =

V

4 f

j

^3 1 8 Л

-3J QS—f 8 f 3

f

a3 =

1 p00 zml 32

3 Q 3 2 a0

8 f 4 f

V

JV

- 3ε2 00 S - 2ε2ο

4 f

J

η p0hwmψRe 35

3 1 8 ~

s7qs - 3 p

<

С3

_ 1 А)0 -ml 32

-3 ε2 «0 S - 2ε2

4 f

'С0

η РоhWmWRe 35 f з i 8 J

0s - P

8f

3

Выражаем теперь коэффициенты Anp, Cnp, A3, C3:

Λ

np

( A)

з Q + з ε2 «0 8f 4 p

V

A

3 a

- 3ε2 aP S - 2ε 2 с

4 f 0

Ais - 8p

8f 3

Cnp = (l -i2)

- 3ε2 6~0S - 2ε%

4 f 0

^3 1 8 p^

fS - 3 p

^ _ I - ξ2У1 Pqq-ml 32

3 з 'η p0 h w^ Re 35

3 Q 3 2 «0

8f 4 f

V

A

3 ε2 «0 S - 2ε2^

4 f 0

^3 1 8 p^

-,JQS - 3 p

C _ (1 - A )2 1 M)0-ml 32

31 'η p0 hwψ Re 35

f ~ >

- 3 ε2 «0 S - 2ε2^

4 f 0

r3 1 8 p^

8fQS - 3P

Таким образом,

^0 4 -^2)

3 Q + 3 ε2 «0

8 f 4 f

V

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

A

3 9 a

ε

4 f

2 0 S - 2ε V

3i QS - 8 p 8 f 3

cosr + (1 -^2)

3 9 a

ε

4 f

2 0 S - 2ε2с

3i QS - 8 p 8 f 3

sinr

W30 = (-#2 А ^ Ц

3 о 3 2 Û0

8f 4 f

- 3ε2 a0S - 2ε2ν0

4 f 0

η ρ0hWnW Re 35

'1-І os -8 p' 8 f 3

cosr +

+((-#2)

2 2 ( P00-ml 32

f ~ 7

- 3 ε2 a0S - 2ε2ε0

4 f 0

η A)h wm¥Re 35 f 3U, 8~

8f0S - 3 P

Ч J

j · P0 ^0

- sınr + 0 0

A0hwmo>2 24a2

где

16 2 8 ~ 16 2 8 ~

Q=—Ma — d-χ, S=---Ma — q +χ, η=

Q 15 3 χ 15 3q χ 7

384 a2 256 15 k0 315

λ ί 32 ]

, χ = 35

J V J

A00l A0 hψη

Преобразовывая последнее выражение, получим:

λ

3 ε2 a0S - 2ε2c0 6

4 f 0

W

30

= i - p2 V2 ( A00-ml 32

η A0hwm¥Re 35 f 3 ( 8 ~

4°- 3 p

Λ

V

(+

2

3 о+3 ε2 asi

8 7 4 7,

'7

f

X sın

f

f 3 о 3 2 a0

gV8f 4 f

+ m

J J

4. Результаты

Из выражения выше получаем выражение для амплитудно-частотной

характеристики упругого статора:

АЧХ

( A00 -ml 32

i ~ 7

4 ε2 a0 S - 2ε2 c0

4 f

f

η A0hwm¥Re 35 f 31,8-

8f0S - 3 P

Ч J

7

( +

2

3 о+3 ε2 a4 8 f 4 f j

Λ

J

2

X

Труды МАИ. Выпуск № 110 http://trudymai.ru/

Таким образом, осуществлена постановка задачи в безразмерных переменных

для механической системы, состоящей из абсолютно жесткого вибратора, упругого

однослойного статора и движущегося между ними слоя вязкого сжимаемого газа.

Получено выражение для амплитудно-частотной характеристики, исследование

которой позволит определить режимы работы, при которых возникают резонансные

явления, учесть их при построения новых конструкций в современной

машиностроительной и авиакосмической промышленности.

Выполнено при поддержке гранта РФФИ 19-01-00014-а.

Библиографический список

1. Кондратов Д.В., Калинина А.В. Исследование процессов гидроупругости ребристой трубы кольцевого профиля при воздействии вибрации // Труды МАИ. 2014. № 78. URL: http: //trudymai .ru/published.php?ID=53453

2. Нуштаев Д.В., Жаворонок С.И., Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А. Численноэкспериментальное исследование деформирования и устойчивости цилиндрической оболочки ячеистой структуры при осевом сжатии // Труды МАИ. 2015. № 82. URL: http: //trudymai .ru/published.php?ID=58589

3. Агеев Р.В., Кондратов Д.В., Маслов Ю.В. Применение аддитивных технологий при проектировании и производстве деталей аэрокосмических объектов // Полет. 2013. № 6. С. 35 - 39.

4. Гаврилов Д.Г., Мамонов С.В., Мартиросов М.И., Рабинский Л.Н. Сравнительная характеристика прочностных свойств образцов с различными типами

19

http: //trudymai .ru/published.php?ID=22867

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

5. Кондратов Д.В. Гидродинамические силы, действующие на поплавок поплавкового гироскопа с упругим корпусом при несимметричном истечении жидкости в торцы // Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 11. С. 4 - 11.

6. Коровайцева Е.А. Смешанные уравнения теории мягких оболочек // Труды МАИ. 2019. № 108. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=109235

7. Antsiferov S.A., Kondratov D.V., Mogilevich L.I. Perturbing moments in a floating gyroscope with elastic device housing on a vibrating base in the case of a nonsymmetric end outflow // Mechanics of Solids, 2009, vol. 44, no. 3, pp. 352 - 360.

8. Грушенкова Е.Д., Могилевич Л.И., Попов В.С., Попова А. А. Продольные и изгибные колебания трехслойной пластины со сжимаемым заполнителем, контактирующей со слоем вязкой жидкости // Труды МАИ. 2019. № 106. URL: http: //trudymai .ru/published.php?ID= 105618

9. Агеев Р.В., Могилевич Л.И., Попов В.С., Попова А.А. Движение вязкой

жидкости в плоском канале, образованном вибрирующим штампом и шарнирно опертой пластиной // Труды МАИ. 2014. № 78. URL:

http://trudymai.ru/published.php?ID=53466

10. Блинков Ю.А., Ковалева И.А., Кузнецова Е.Л., Могилевич Л.И. Нелинейные волны в трех упругих соосных цилиндрических оболочках, содержащих вязкую несжимаемую жидкость между ними // Труды МАИ. 2014. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49679

Труды МАИ. Выпуск № 110 http://trudymai.ru/

11. Агеев Р.В., Быкова Т.В., Могилевич Л.И., Попов В.С. Динамика

взаимодействия подвижных стенок плоского канала со сдавливаемым слоем жидкости, находящимся между ними // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2009. Т. 4. № 1. С. 7 - 13.

12. Агеев Р.В., Кузнецова Е.Л., Куликов Н.И., Могилевич Л.И., Попов В.С. Математическая модель движения пульсирующего слоя вязкой жидкости в канале с упругой стенкой // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. 2014. № 3. С. 17 - 35.

13. Amabili M., Garziera R., Mukharlyamov R.G., Riabova K. Stability of non-linear vibrations of doubly curved shallow shells // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Математика, информатика, физика. 2016. № 2. С. 53 - 63.

14. Горшков А.Г., Старовойтов Э.И., Яровая А.В. Механика слоистых вязкоупругопластических элементов конструкций. - М.: Физматлит, 2005. - 576 с.

15. Попов В.С., Христофорова А.В. Математическое моделирование динамических процессов в гидродинамической опоре с трехслойным статором // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. Т. 3. № 1. С. 38 - 45.

16. Кондратов Д.В., Блинкова О.В. Математическая модель взаимодействия сдавливаемого слоя вязкой сжимаемой жидкости с упругой трехслойной пластиной с легким несжимаемым заполнителем // Математическое моделирование, компьютерный и натурный эксперимент в естественных науках. 2018. № 1. С. 4 - 11.

17. Кондратов Д.В., Блинкова О.В. Задача моделирования сдавливаемого слоя

вязкой сжимаемой жидкости с упругой трехслойной пластиной с легким

21

«Компьютерные науки и информационные технологии»: сборник трудов (Саратов, 2018). - Саратов: Наука, 2018. С. 56 - 59.

18. Бучной Н.В., Кондратов Д.В., Могилевич Л.И. Задача моделирования взаимодействия сдавливаемого слоя вязкого газа с упругой пластиной // Прикладная математика и механика. 2017. № 11. С. 94 - 98.

19. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. Общий курс. - М.: Наука, 1964. - 815 с.

20. Chapman C.J., Sorokin S.V. The forced vibration of an elastic plate under significant fluid loading // Journal of Sound and Vibration, 2005, no. 281, pp. 719 - 741, DOI: 10.1016/j.jsv.2004.02.013.

21. Анкилов А.В., Вельмисов П.А. Динамика и устойчивость упругих пластин при аэрогидродинамическом воздействии. - Ульяновск: УлГТУ, 2009. - 220 с.

22. Ergin A., Ugurlu B. Linear vibration analysis of cantilever plates partially submerged in fluid // Journal of Fnluids and Structures, 2003, vol. 17, no. 7, pp. 927-939. DOI: 10.1016/S0889-9746(03)00050-1.

23. Kramer M.R., Liu Z., Young Y.L. Free vibration of cantilevered composite plates in air and in water // Composite Structures, 2013, vol. 95, pp. 254 - 263. DOI: 10.1016/j.compstruct.2012.07.017.

24. Amabili M. Nonlinear Vibrations and Stability of Shells and Plates // Cambridge University Press, New York, USA, 2008, 374 p.

25. Mergen H Ghaesh, Marco Amabili, Michael P Paidoussis. Nonlinear dynamics of axially moving plates // Journal of Sound and Vibration, 2013, vol. 332, issue 2, pp. 391 -406.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.