外文翻譯--對礦井提升機鋼絲繩的內(nèi)部阻尼特性進行非平面橫向震動分析.doc

1對礦井提升機鋼絲繩的內(nèi)部阻尼特性進行非平面橫向震動分析概要本文介紹的工作是為了增加現(xiàn)在礦井提升機鋼絲繩的疲勞知識，特別是進行周期性非平面橫向震動的鋼絲繩線間的國際電線/鋼絞線在摩擦?xí)r從中損失的內(nèi)部能量。這種摩擦能量損失現(xiàn)在是限制有益的工作生活中使用懸掛鋼絲繩的主要因素之一。實驗采用的方法指出了鋼絲繩的兩種機械特性,主要是由于鋼絲繩結(jié)構(gòu)的類型，它們獨立了振幅和頻率。興趣是集中在曲率的變化率這一主要參數(shù)，它影響了內(nèi)部的阻尼機理。經(jīng)驗結(jié)果顯示,振幅和模態(tài)數(shù)在內(nèi)部的量化損失中起重要的作用,還透露出，由于上升振動疲勞指數(shù)潛在的較高水平，一個關(guān)鍵的曲率半徑在傷害下存在。介紹在現(xiàn)代南非黃金深礦井中，傷害的問題由于振動疲勞仍在繼續(xù)，它限制了纏繞速度，纏繞深度和有效載荷。直到鋼絲繩的橫向振動產(chǎn)生內(nèi)在的內(nèi)能損失這一原理得到充分理解,這樣的傷害將繼續(xù)顯著地影響著南非采礦工作的運行成本和效率。在這一地區(qū)阻礙工程上的突破性進展的兩個主要原因是內(nèi)部阻尼機制的復(fù)雜性和按時間邊界情況的鋼絲繩動態(tài)響應(yīng)的非線性。到目前為止,這個問題僅僅的一個數(shù)學(xué)解決方案顯得很棘手，而且必須要越來越認真考慮實驗結(jié)果。因此,這里描述的調(diào)查的主要目標是由實驗的方法(由實驗室模擬)確定礦井提升機鋼絲繩在進行大幅度非平面橫向震動產(chǎn)生的內(nèi)部損失，這個振幅是在它的基本的和更高的諧振頻率附近的光譜中。調(diào)查的范圍被限制在礦井的幾何尺寸中，在南非的深礦采礦工作中這些幾何尺寸很可能在實踐中遇到,即單繩和布萊爾多繩纏繞系統(tǒng)。鋼絲繩繩從提升滾筒延伸到首輪的這一段長度,通常被稱為懸鏈線,在實踐中遭受到最劇烈的橫向振動,因此這一部分成為這次鋼絲繩調(diào)查的模范。所使用的符號定義在文章最后。2歷史記錄在19世紀50年代初于傳導(dǎo)著結(jié)構(gòu)型鋼絲繩內(nèi)部阻尼特性的基本方面和分析方面的基礎(chǔ)還有這兩個方面對橫向震動影響的基礎(chǔ)。使用的鋼絲繩是一個由6根螺旋線圍繞一根單芯線絞成一股而成型的7-電線樣品(0,4kg.m-I)。所有的組成電線是鍍鋅線或類似化學(xué)成分的電線，公稱直徑大約9.5毫米,總長度2000毫米,捻據(jù)1270毫米。于的調(diào)查集中在標本滯回阻尼特性的測定，這些標本在不受力狀態(tài)下進行平面振動。盡管采用的技術(shù)規(guī)范和試驗法明顯地遠離了現(xiàn)代礦井提升鋼絲繩的幾何條件和動態(tài)條件,如下從早期的調(diào)查研究得到的觀察值具有重大的作用,并描述在絞線進行自由平面振動時內(nèi)部阻尼的基本性質(zhì)。（1）金屬絲材料的剛性內(nèi)摩擦很小。（2）實際上,可以假設(shè)只有干摩擦（內(nèi)摩擦)存在。（3）與內(nèi)部干摩擦有關(guān)的衰減能量(每個周期的能量耗散）是一個振幅線性函數(shù)。（4）一個臨界的振幅似乎存在,它的上面具體的阻尼特性曲線開始極快地上升。過去的三十年中,看來小獨立研究更深層次地運用了于的首創(chuàng)理論并試圖擴大礦井提升鋼絲繩的阻尼特性的現(xiàn)有知識。然而，許多調(diào)查已經(jīng)處理了大量拉纜的靜態(tài)和動態(tài)響應(yīng)。Davenporf給出了一張這個領(lǐng)域發(fā)展趨勢的明細表。在這張表中他指出于的結(jié)論清楚地確立了等效粘滯阻尼大約是臨界阻尼的20%到70%。雖然對于簡單幾何形狀的干性鋼絲繩這一理論可能是正確的,但當它應(yīng)用到大量拉纜和礦井提升鋼絲繩中就出現(xiàn)了問題，因為這些鋼絲繩的結(jié)構(gòu)復(fù)雜地多：同軸左旋和右旋螺旋線包含內(nèi)芯線，它會在塑形區(qū)變形（聚丙烯、劍麻和大麻等含有瀝青基的潤滑油)。利用粘滯阻尼機制與速率之比的絞纜的簡化模型明顯在文獻中更加受歡迎主要因為它相對上解除了構(gòu)想和解答。然而,當分析說明了沿著鋼絲繩長度方向的張力梯度，除了內(nèi)部結(jié)構(gòu)阻尼與振幅和頻率之比,一個非線性響應(yīng)以拖延和跳躍現(xiàn)象的形式顯現(xiàn)出來。這些現(xiàn)象主要描述了介質(zhì)的響應(yīng)，這一介質(zhì)產(chǎn)生了改變共震頻率的強制震動。Vanderveldr還引用于的文章,并補充說考慮橫向阻尼行為的簡單的模型不可以被假定。此外,他認為至少兩種常見的結(jié)構(gòu)和粘性類型的阻尼必須包含在任何試圖預(yù)測在絞纜中傳播的橫向波衰減分析中。Vanderveldr通過假設(shè)一個粘滯阻尼的頻變系數(shù)來克服這一數(shù)學(xué)難題。通過這種方式,并提供激勵周期,其他類型3的內(nèi)部的阻尼機理現(xiàn)在被假設(shè)包含在阻尼系數(shù)中。他的理論和實驗結(jié)果顯示地特別一致,該處相關(guān)的是被看作補充于的實驗結(jié)果如下。（a）對于一個金屬芯,內(nèi)部阻尼被拉伸載荷所影響。(徑向力和鏈間力隨著軸向拉力的增高而增強以至于干摩擦阻尼也表現(xiàn)出了增長)。（b）對于非金屬芯,阻尼能力隨著軸向載荷減少而增加。里值得提到的是,雖然于對振幅阻尼的依賴性進行了評論,Davenporf和Vanderveldr都沒有明確地認為曲率參數(shù)和曲率變化率參數(shù)會影響能量耗散這一效應(yīng)。Kolsky給出了這個參數(shù)的數(shù)學(xué)形式:考慮到一水平畸變(大部分)波以x軸方向傳播而y軸方向幾乎不移動,控制運動方程可以表現(xiàn)為一般的解決方案b和C都是頻變,m是質(zhì)量密度，u是剪切模量，是剪切粘度。注意力集中在末項方程(1),可以清楚地把曲率變化率與剪切粘性聯(lián)系起來。初步討論在圖1中，一段鋼絲繩的封皮以基本形式進行自由非平面震動，它展現(xiàn)了四分之以參數(shù)的一個完整的循環(huán)。跨度的長度是2.L，中跨幅度是S。在一階條件中,根據(jù)任意時刻震動的鋼絲繩描繪出數(shù)學(xué)曲線可以近似為一個拋物線，這個拋物線的軸垂直于連接邊界支撐結(jié)構(gòu)的弦。正如迪安所指出的,當弦是水平的而且下降距離與跨距之比小于0.02，該曲線的數(shù)學(xué)近似值采用了小的誤差。當弦不是水平的時候，對稱性會喪失,而且鋼絲繩在平衡位置會堅持被切去頂端的懸鏈線數(shù)學(xué)微量。然而,對于相對較小的下降距離與跨距之比，淺拋物線弧的近似值是足夠地精確和而且在分析中不采用很大的誤差。拋物線和懸鏈線的近似法經(jīng)常出現(xiàn)在文獻中,尤其對有傾斜跨度的巨大拉索的動態(tài)分析。邊界條件當鋼絲繩直徑相對于跨度足夠大,而且鋼絲繩振動的曲率半徑很小,彎曲應(yīng)力的局部斜度將建立在鋼絲繩中。根據(jù)邊界條件的類型,彎曲應(yīng)力的兩種漸變是可能的。(i)恒定的漸變和(ii)隨不同振動模式而變化的時間相關(guān)的漸變。在接下來的分析中,這兩種類型的漸變都會被考慮而且是連接震動鋼絲繩和支撐物的球鉸式安排的結(jié)果，被僅有控制邊界強加的回轉(zhuǎn)約束條件的類型影響著漸變。4圖1-鋼絲繩封皮進行以基本形式進行自由非平面橫向震動在這個例子中滾珠球窩接點以一種方式被約束住，這種方式允許鋼絲繩繞它的幾何中心旋轉(zhuǎn)而且在跨距附近循環(huán)（圖2）。因此,這邊采用的邊界條件允許球形接頭以3個自由度在套借口內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)。這就等于繞跨距旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩剛性長度由支撐結(jié)構(gòu)規(guī)定。圖二顯示了這一鋼絲繩的一個平面截面的圓軌道發(fā)生在平面y-z的中跨；這邊的跨度采取了正常的頁面。字母A假定代表鋼絲繩的橫斷面,這兒值得注意的是,字母A繞跨度旋轉(zhuǎn)而且被看作繞相對于固定在支架上的慣性參考的幾何中心。發(fā)生在字母A頂尖的彎曲應(yīng)力的傾斜度也是同樣顯示在圖二上而且被公認為是永遠恒定不變的t。在圖2中指標(c