問題描述:
在穩(wěn)態(tài)工況中施加簡(jiǎn)諧荷載時(shí),如果勾選【顯示高級(jí)荷載參數(shù)】復(fù)選框,程序?qū)⑻峁┝硗馊齻€(gè)參數(shù),如下圖所示。請(qǐng)問,這里的“相位角”有什么用途呢?請(qǐng)舉例說明。
解答:
當(dāng)多個(gè)簡(jiǎn)諧荷載同時(shí)作用于結(jié)構(gòu)時(shí),相位角可用于指定某個(gè)簡(jiǎn)諧荷載領(lǐng)先或滯后于參考時(shí)間的量度。其中,正的相位角代表領(lǐng)先于參考時(shí)間,負(fù)的相位角代表滯后于參考時(shí)間。領(lǐng)先或滯后的時(shí)間等于相位角與圓頻率 ω 的比值,ω = 2 π f。由于同步荷載之間無(wú)相位差,故各個(gè)荷載的相位角均為零。但對(duì)于異步荷載,用戶需要分別指定各個(gè)荷載的相位角,以反映不同荷載間的相位差對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。
以下圖所示安裝電機(jī)的工作臺(tái)為例,假設(shè)電機(jī)繞 -Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng)(由右手法則確定),且起始位置為 +X 方向。那么,電機(jī)對(duì)工作臺(tái)的動(dòng)力作用如下:
1. 離心力大小 F0=mω2e
其中,m 為轉(zhuǎn)子質(zhì)量,ω 為轉(zhuǎn)子角速度,e 為轉(zhuǎn)子偏心距。
2. 離心力沿 X 方向和 Z 方向的分力如右側(cè)所示:
從 FX 和 FZ 的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以看出,F(xiàn)Z 滯后于 FX 的相位為 π/2=90°。因此,如果在一個(gè)穩(wěn)態(tài)工況中同時(shí)施加上述兩個(gè)分力,則需要分別指定相應(yīng)的相位角。如果以 FX 為參考時(shí)間(相位角為 0°),則 FZ 的相位角為 -90°,如下圖所示。需要注意的是,用戶可根據(jù)需要自行選取參考時(shí)間,但必須保證 FX 和 FZ 間的相位差為 90° 。例如:以 FZ 為參考時(shí)間(相位角為 0°),則 FX 的相位角為 90°。
如果在穩(wěn)態(tài)工況中只施加一個(gè)簡(jiǎn)諧荷載,則無(wú)需考慮相位角的影響(使用默認(rèn)的 0° 即可)。例如,《動(dòng)力機(jī)器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.2.1 規(guī)定:“框架式基礎(chǔ)的動(dòng)力計(jì)算,應(yīng)按振動(dòng)線位移控制。計(jì)算振動(dòng)線位移時(shí),可按本規(guī)范附錄 C 采用空間多自由度體系的計(jì)算方法。一般情況下,只需計(jì)算擾力作用點(diǎn)的豎向振動(dòng)位移?!痹谶@種情況下,用戶只需施加 FZ 而無(wú)需考慮 FX。但是,對(duì)于多擾力共同作用(即多個(gè)機(jī)器同時(shí)運(yùn)行)的情況,即使只考慮豎向振動(dòng),用戶也應(yīng)根據(jù)需要指定不同擾力的相位角。