本書系統(tǒng)全面地介紹了動力與過程裝備中流致振動問題的基礎(chǔ)理論和研究成果。主要內(nèi)容包括單位與量綱,振動與聲學(xué)領(lǐng)域的一些基本概念,結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本理論,結(jié)構(gòu)在靜止流體中振動的水動力附加質(zhì)量,結(jié)構(gòu)在靜止流體中振動時的簡化處理方法,渦激振動,周期性旋渦脫落,管束結(jié)構(gòu)的流體彈性失穩(wěn),結(jié)構(gòu)在軸向流中的湍流激振,結(jié)構(gòu)在橫向流中的湍流激振,軸向流和漏流誘發(fā)振動,結(jié)構(gòu)振動導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)撞擊、疲勞和磨損,聲致振動和噪聲,信號分析及監(jiān)測與診斷技術(shù)等。本書可以作為核能科學(xué)與工程、能源動力等相關(guān)專業(yè)的本科生、研究生和工程技術(shù)人員的教科書和工具書。
動力與過程裝備部件的流致振動并不像應(yīng)力、地震荷載和輻射劑量等有嚴(yán)格的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求,其受到的監(jiān)管力度相對較小。流致振動在很大程度上是對公共安全直接影響較小的運行問題。如果一個部件因流致振動引發(fā)故障,相關(guān)裝置必須關(guān)停,直到采取糾正措施。動力和過程工業(yè)正是通過這種方式處理流致振動問題。多年來,這種非計劃和不可預(yù)見的停機大大增加了運營成本,也使原本技術(shù)完善的行業(yè)形象大打折扣。
至少在動力和過程工業(yè)中,由于一般執(zhí)業(yè)工程師難以理解流致振動現(xiàn)象,因此流致振動通常被視為“玄學(xué)”。這在一定程度上歸咎于公開發(fā)表的文獻(xiàn)中存在大量的不協(xié)調(diào)性,其中許多文獻(xiàn)都未對符號和術(shù)語給出明確的定義。然而,作為一門工程科學(xué),流致振動分析與熱工水力、地震或應(yīng)力分析相比,并沒有涉及更高級別的數(shù)學(xué)知識。如果在產(chǎn)品的設(shè)計階段能花少量的時間來研究流致振動現(xiàn)象,那么在工程現(xiàn)場出現(xiàn)的大多數(shù)流致振動問題都可以避免。
本書的目的是為執(zhí)業(yè)工程師提供一個流致振動問題的整合資源,展現(xiàn)給讀者關(guān)于動力和過程裝備中最常見的流致振動信息,這些信息包括能夠解決工程問題的基本方程和圖表。考慮到執(zhí)業(yè)工程師文獻(xiàn)閱讀的主要困難在于不統(tǒng)一的符號和術(shù)語定義,本書在正文處和每章開頭的概要后對每個符號都進行了定義。其他作者所用的不同術(shù)語也在文中指出,盡管這略顯累贅,但作者認(rèn)為重復(fù)總比含混不清要好。
除了前兩個介紹性的章節(jié)外,本書的每一章都具有相同的結(jié)構(gòu)。每一章均以相對詳細(xì)的概要作為開始,概要中包含該章的要點和最常用的方程。這種寫作方法意味著大多數(shù)時候,讀者僅根據(jù)概要內(nèi)容就可完成分析計算,只需偶爾參考一下該章正文的相關(guān)內(nèi)容。概要之后附有完整的符號對照表。隨后的正文按該章主題展開敘述,正文中包含大量的例題和案例研究。這里作者假設(shè)讀者可以使用一些小型的計算設(shè)備和軟件,如個人計算機和電子表格。大多數(shù)的算例都可以用袖珍計算器或集成在現(xiàn)代辦公軟件中的電子表格來解決。正文中詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)僅在不容易得出的或作者認(rèn)為容易誤用的情況下給出。方程的重點在于對物理現(xiàn)象的闡述上。作者認(rèn)為,對于動力裝備的故障診斷與排除,了解相關(guān)現(xiàn)象的物理特性比研究這種現(xiàn)象控制方程的詳細(xì)數(shù)學(xué)推導(dǎo)更為重要。在每一章末尾都列出了參考文獻(xiàn)。作者意識到過多的參考文獻(xiàn)與其說是有幫助,不如說是讓執(zhí)業(yè)工程師頭疼。因此,對每章的參考文獻(xiàn)數(shù)量有著精心的控制,僅列出了最相關(guān)的文獻(xiàn)。
譯者:姜乃斌,博士、研究員級高級工程師,在中國核動力研究設(shè)計院從事反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計與研究工作。擔(dān)任中國核學(xué)會核工程力學(xué)分會理事兼副秘書長、中國工程教育專業(yè)認(rèn)證專家等學(xué)術(shù)職務(wù)。作為專業(yè)負(fù)責(zé)人,完成中國自主三代核電技術(shù)“華龍一號”的反應(yīng)堆及一回路系統(tǒng)的力學(xué)設(shè)計。
第1章 單位和量綱
1.1 概述
1.2 力-長度-時間單位制
1.3 質(zhì)量-長度-時間單位制
1.4 量綱分析
參考文獻(xiàn)
第2章 振動和聲學(xué)領(lǐng)域的運動學(xué)
2.1 概述
2.2 自由振動和簡諧運動
2.3 線性振動和圓周運動
2.4 振動測量
2.5 振動的時域表示法
2.6 正弦波的疊加
2.7 隨機振動和噪聲
2.8 振動的頻域表示法
2.9 行波
2.10 聲波的傳播
2.11 聲波中的能量
2.12 聽覺閾值和痛覺閾值
2.13 度量聲強的對數(shù)標(biāo)度——分貝
2.14 其他學(xué)科采用的分貝
2.15 案例研究
參考文獻(xiàn)
第3章 結(jié)構(gòu)動力學(xué)的基本原理
3.1 有阻尼、無外力時的運動方程
3.2 受迫阻尼振動和共振
3.3 瞬態(tài)振動
3.4 正則模態(tài)
3.5 結(jié)構(gòu)動力學(xué)
3.6 自由振動方程
3.7 模態(tài)振型函數(shù)的歸一化
3.8 振幅、彎矩和應(yīng)力
3.9 等效靜力法
3.10 振動結(jié)構(gòu)的能量耗散
參考文獻(xiàn)
第4章 靜止流體中的結(jié)構(gòu)振動I——水動力質(zhì)量
4.1 概述
4.2 圓柱薄殼在空氣中的自由振動
4.3 剛性環(huán)腔中的流體的聲模態(tài)
4.4 流體一柱殼耦合系統(tǒng)的振動
4.5 2×2廣義水動力質(zhì)量矩陣
4.6 擴展到雙層環(huán)狀間隙
4.7 全水動力質(zhì)量矩陣
4.8 耦合流體一殼體的受迫響應(yīng)
參考文獻(xiàn)
……
第5章 靜止流體中的結(jié)構(gòu)振動II——簡化方法
第6章 渦激振動
第7章 管束的流體彈性失穩(wěn)
第8章 軸向流中的湍流激振
第9章 橫向流中的湍流激振
第10章 軸向流和漏流誘發(fā)振動
第11章 撞擊、疲勞和磨損
第12章 聲致振動和噪聲
第13章 信號分析與診斷技術(shù)
索引