Техника - молодёжи 1940-08-09, страница 45

Профессор П. М. НИКИФОРОВ, член-корреспондент Академии наук СССР

Изучение механических колебаний /приобретает все более возрастающее значение для современной техники.

На советских индустриальных гигантах работают сверхмощные силовые установки и машины. Огромные прокатные станы — блюммнги — требуют в момент нагрузки до 25 тыс. киловатт, что составляет почти половину мощности Волховской ГЭС. На наших крупных электростанциях устанавливаются турбины по 50 и даже 100 тыс. киловатт, а мощность турбин, проектируемых для Куйбышевского гидроузла, доходит до 200 тыс. киловатт. Все эти агрегаты должны работать четко и безаварийно.

Между тем» в самой машине, если она сконструирована или смонтирована без соблюдения определенных правил, иногда возникает огромная разрушительная сила. Подвижные части любого агрегата должны быть строго уравновешены. Практика показывает, что если это условие не соблюдено, могут возникнуть колебания отдельных частей машины, причем эти колебания тем опаснее, чем больше мощность м»ашины. Известны случаи, когда механические вибрации вызывали аварию агрегата.

Не меньшее значение имеют колебания фундамента, на котором» установлена машина. ^Если фундамент рассчитан неправильно, то под влиянием толчков машины он может дать неравномерную осадку, в нем появятся трещины. Вибрации фундамента в свою очередь вызывают колебания грунта. Эти колебания при определенных условиях могут распространиться на значительное расстояние. Их интенсивность иногда бывает настолько значительной, что под угрозой разрушения оказываются расположенные по соседству от машины здания.

Вибрациям подвергаются также мосты, рельсы и другие сооружения железнодорожного транспорта, морские суда, самолеты и т. д.

Чтобы успешно бороться с вибрациями, надо знать их природу. Расскажем) вкратце об основных свойствах физического явления колебаний. Если какое-либо тело мы посредством внешней силы выведем* на короткое время из состояния упругого равновесия (например растянем или сожмем пружину, согнем балку и т. п.), то в этом» теле возникнут внутренние силы упругости, стремящиеся восстановить нарушенное равновесие и вернуть тело к его прежним размерам и форме.* Под влиянием» этих внутренних сил в теле возникнут колебания около положения равновесия. Эти колебания носят название свободных или собственных колебаний тела.

Наиболее простой случай представляют так называемые гармонические колебания. Если их записать графически, то полученные кривые Сбудут иметь форму простых синусоид. Наибольшее отклонение от положения равновесия называется амплитудой колебания. Время, в течение которого совершается собственное колебание, называется его периодом. Гармонические колебания отличаются тем свойством, что их период не зависит от амплитуды; он определяется упругими свойствами, размерами и массой данного тела или системы.

В качестве примера гармонических колебаний можно привести качания груза, подвешенного на пружине, вибрацию балки и т. п.

Примером» гармонических колебаний может служить также ход маятника у часов; в этом случае, однако, силой, возвращающей маятник к положению равновесия, является не упругость, а вес маятника.

Если колебания происходят в среде, оказывающей сопротивление движению, то они постепенно затухают, амплитуда их убывает, и по истечении некоторого времени они прекращаются.

Рассмотрим теперь более сложный случай. Предположим, что наша си-

Ч лен-корреспондент Академии наук С ССР /7. М. Никифоров.

стема подвержена непрерывному действию какой-либо внешней силы периодического характера. Для простоты рассуждения допустим», что эта внешняя сила действует также гармонически, с постоянным периодом», но он отличен от периода собственных колебаний системы. В таком случае через короткий промежуток времени в системе возникнут колебания того же периода, как и у внешней силы. Они будут существовать одновременно с собственными колебаниями системы. Если при этом среда оказывает сопротивление движению, то собственные колебания системы через более или менее короткий промежуток времени прекратятся, и останутся лишь колебания под влиянием внешней силы. Эти колебания называются вынужденными. Их период, как мы видели, совпадает с периодом «толчков» возбуждающей силы:

Чтобы покончить с нашими предварительными рассуждениями, остается сказать несколько слов об

43