外文翻譯--對(duì)礦井提升機(jī)鋼絲繩的內(nèi)部阻尼特性進(jìn)行非平面橫向震動(dòng)分析.doc

1對(duì)礦井提升機(jī)鋼絲繩的內(nèi)部阻尼特性進(jìn)行非平面橫向震動(dòng)分析概要本文介紹的工作是為了增加現(xiàn)在礦井提升機(jī)鋼絲繩的疲勞知識(shí)，特別是進(jìn)行周期性非平面橫向震動(dòng)的鋼絲繩線間的國(guó)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(shí)驗(yàn)采用的方法指出了鋼絲繩的兩種機(jī)械特性,主要是由于鋼絲繩結(jié)構(gòu)的類型，它們獨(dú)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(jī)理。經(jīng)驗(yàn)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(dòng)疲勞指數(shù)潛在的較高水平，一個(gè)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(wèn)題由于振動(dòng)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(dòng)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(yùn)行成本和效率。在這一地區(qū)阻礙工程上的突破性進(jìn)展的兩個(gè)主要原因是內(nèi)部阻尼機(jī)制的復(fù)雜性和按時(shí)間邊界情況的鋼絲繩動(dòng)態(tài)響應(yīng)的非線性。到目前為止,這個(gè)問(wèn)題僅僅的一個(gè)數(shù)學(xué)解決方案顯得很棘手，而且必須要越來(lái)越認(rèn)真考慮實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此,這里描述的調(diào)查的主要目標(biāo)是由實(shí)驗(yàn)的方法(由實(shí)驗(yàn)室模擬)確定礦井提升機(jī)鋼絲繩在進(jìn)行大幅度非平面橫向震動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)部損失，這個(gè)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(shí)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(zhǎng)度,通常被稱為懸鏈線,在實(shí)踐中遭受到最劇烈的橫向振動(dòng),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(hào)定義在文章最后。2歷史記錄在19世紀(jì)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(gè)方面對(duì)橫向震動(dòng)影響的基礎(chǔ)。使用的鋼絲繩是一個(gè)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(zhǎng)度2000毫米,捻?yè)?jù)1270毫米。于的調(diào)查集中在標(biāo)本滯回阻尼特性的測(cè)定，這些標(biāo)本在不受力狀態(tài)下進(jìn)行平面振動(dòng)。盡管采用的技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)法明顯地遠(yuǎn)離了現(xiàn)代礦井提升鋼絲繩的幾何條件和動(dòng)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(jìn)行自由平面振動(dòng)時(shí)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(shí)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(gè)周期的能量耗散）是一個(gè)振幅線性函數(shù)。（4）一個(gè)臨界的振幅似乎存在,它的上面具體的阻尼特性曲線開(kāi)始極快地上升。過(guò)去的三十年中,看來(lái)小獨(dú)立研究更深層次地運(yùn)用了于的首創(chuàng)理論并試圖擴(kuò)大礦井提升鋼絲繩的阻尼特性的現(xiàn)有知識(shí)。然而，許多調(diào)查已經(jīng)處理了大量拉纜的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。Davenporf給出了一張這個(gè)領(lǐng)域發(fā)展趨勢(shì)的明細(xì)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(duì)于簡(jiǎn)單幾何形狀的干性鋼絲繩這一理論可能是正確的,但當(dāng)它應(yīng)用到大量拉纜和礦井提升鋼絲繩中就出現(xiàn)了問(wèn)題，因?yàn)檫@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(huì)在塑形區(qū)變形（聚丙烯、劍麻和大麻等含有瀝青基的潤(rùn)滑油)。利用粘滯阻尼機(jī)制與速率之比的絞纜的簡(jiǎn)化模型明顯在文獻(xiàn)中更加受歡迎主要因?yàn)樗鄬?duì)上解除了構(gòu)想和解答。然而,當(dāng)分析說(shuō)明了沿著鋼絲繩長(zhǎng)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(gè)非線性響應(yīng)以拖延和跳躍現(xiàn)象的形式顯現(xiàn)出來(lái)。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(qiáng)制震動(dòng)。Vanderveldr還引用于的文章,并補(bǔ)充說(shuō)考慮橫向阻尼行為的簡(jiǎn)單的模型不可以被假定。此外,他認(rèn)為至少兩種常見(jiàn)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(cè)在絞纜中傳播的橫向波衰減分析中。Vanderveldr通過(guò)假設(shè)一個(gè)粘滯阻尼的頻變系數(shù)來(lái)克服這一數(shù)學(xué)難題。通過(guò)這種方式,并提供激勵(lì)周期,其他類型3的內(nèi)部的阻尼機(jī)理現(xiàn)在被假設(shè)包含在阻尼系數(shù)中。他的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示地特別一致,該處相關(guān)的是被看作補(bǔ)充于的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。（a）對(duì)于一個(gè)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(qiáng)以至于干摩擦阻尼也表現(xiàn)出了增長(zhǎng))。（b）對(duì)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(duì)振幅阻尼的依賴性進(jìn)行了評(píng)論,Davenporf和Vanderveldr都沒(méi)有明確地認(rèn)為曲率參數(shù)和曲率變化率參數(shù)會(huì)影響能量耗散這一效應(yīng)。Kolsky給出了這個(gè)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(dòng),控制運(yùn)動(dòng)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(xiàng)方程(1),可以清楚地把曲率變化率與剪切粘性聯(lián)系起來(lái)。初步討論在圖1中，一段鋼絲繩的封皮以基本形式進(jìn)行自由非平面震動(dòng)，它展現(xiàn)了四分之以參數(shù)的一個(gè)完整的循環(huán)?？缍鹊拈L(zhǎng)度是2.L，中跨幅度是S。在一階條件中,根據(jù)任意時(shí)刻震動(dòng)的鋼絲繩描繪出數(shù)學(xué)曲線可以近似為一個(gè)拋物線，這個(gè)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(dāng)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(dāng)弦不是水平的時(shí)候，對(duì)稱性會(huì)喪失,而且鋼絲繩在平衡位置會(huì)堅(jiān)持被切去頂端的懸鏈線數(shù)學(xué)微量。然而,對(duì)于相對(duì)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(xiàn)中,尤其對(duì)有傾斜跨度的巨大拉索的動(dòng)態(tài)分析。邊界條件當(dāng)鋼絲繩直徑相對(duì)于跨度足夠大,而且鋼絲繩振動(dòng)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(dòng)模式而變化的時(shí)間相關(guān)的漸變。在接下來(lái)的分析中,這兩種類型的漸變都會(huì)被考慮而且是連接震動(dòng)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(qiáng)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(jìn)行以基本形式進(jìn)行自由非平面橫向震動(dòng)在這個(gè)例子中滾珠球窩接點(diǎn)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(gè)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(zhǎng)度由支撐結(jié)構(gòu)規(guī)定。圖二顯示了這一鋼絲繩的一個(gè)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(yè)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(duì)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(rèn)為是永遠(yuǎn)恒定不變的t。在圖2中指標(biāo)(c