外文翻译--对矿井提升机钢丝绳的内部阻尼特性进行非平面横向震动分析.doc

1对矿井提升机钢丝绳的内部阻尼特性进行非平面横向震动分析概要本文介绍的工作是为了增加现在矿井提升机钢丝绳的疲劳知识，特别是进行周期性非平面横向震动的钢丝绳线间的国际电线/钢绞线在摩擦时从中损失的内部能量。这种摩擦能量损失现在是限制有益的工作生活中使用悬挂钢丝绳的主要因素之一。实验采用的方法指出了钢丝绳的两种机械特性,主要是由于钢丝绳结构的类型，它们独立了振幅和频率。兴趣是集中在曲率的变化率这一主要参数，它影响了内部的阻尼机理。经验结果显示,振幅和模态数在内部的量化损失中起重要的作用,还透露出，由于上升振动疲劳指数潜在的较高水平，一个关键的曲率半径在伤害下存在。介绍在现代南非黄金深矿井中，伤害的问题由于振动疲劳仍在继续，它限制了缠绕速度，缠绕深度和有效载荷。直到钢丝绳的横向振动产生内在的内能损失这一原理得到充分理解,这样的伤害将继续显著地影响着南非采矿工作的运行成本和效率。在这一地区阻碍工程上的突破性进展的两个主要原因是内部阻尼机制的复杂性和按时间边界情况的钢丝绳动态响应的非线性。到目前为止,这个问题仅仅的一个数学解决方案显得很棘手，而且必须要越来越认真考虑实验结果。因此,这里描述的调查的主要目标是由实验的方法(由实验室模拟)确定矿井提升机钢丝绳在进行大幅度非平面横向震动产生的内部损失，这个振幅是在它的基本的和更高的谐振频率附近的光谱中。调查的范围被限制在矿井的几何尺寸中，在南非的深矿采矿工作中这些几何尺寸很可能在实践中遇到,即单绳和布莱尔多绳缠绕系统。钢丝绳绳从提升滚筒延伸到首轮的这一段长度,通常被称为悬链线,在实践中遭受到最剧烈的横向振动,因此这一部分成为这次钢丝绳调查的模范。所使用的符号定义在文章最后。2历史记录在19世纪50年代初于传导着结构型钢丝绳内部阻尼特性的基本方面和分析方面的基础还有这两个方面对横向震动影响的基础。使用的钢丝绳是一个由6根螺旋线围绕一根单芯线绞成一股而成型的7-电线样品(0,4kg.m-I)。所有的组成电线是镀锌线或类似化学成分的电线，公称直径大约9.5毫米,总长度2000毫米,捻据1270毫米。于的调查集中在标本滞回阻尼特性的测定，这些标本在不受力状态下进行平面振动。尽管采用的技术规范和试验法明显地远离了现代矿井提升钢丝绳的几何条件和动态条件,如下从早期的调查研究得到的观察值具有重大的作用,并描述在绞线进行自由平面振动时内部阻尼的基本性质。（1）金属丝材料的刚性内摩擦很小。（2）实际上,可以假设只有干摩擦（内摩擦)存在。（3）与内部干摩擦有关的衰减能量(每个周期的能量耗散）是一个振幅线性函数。（4）一个临界的振幅似乎存在,它的上面具体的阻尼特性曲线开始极快地上升。过去的三十年中,看来小独立研究更深层次地运用了于的首创理论并试图扩大矿井提升钢丝绳的阻尼特性的现有知识。然而，许多调查已经处理了大量拉缆的静态和动态响应。Davenporf给出了一张这个领域发展趋势的明细表。在这张表中他指出于的结论清楚地确立了等效粘滞阻尼大约是临界阻尼的20%到70%。虽然对于简单几何形状的干性钢丝绳这一理论可能是正确的,但当它应用到大量拉缆和矿井提升钢丝绳中就出现了问题，因为这些钢丝绳的结构复杂地多：同轴左旋和右旋螺旋线包含内芯线，它会在塑形区变形（聚丙烯、剑麻和大麻等含有沥青基的润滑油)。利用粘滞阻尼机制与速率之比的绞缆的简化模型明显在文献中更加受欢迎主要因为它相对上解除了构想和解答。然而,当分析说明了沿着钢丝绳长度方向的张力梯度，除了内部结构阻尼与振幅和频率之比,一个非线性响应以拖延和跳跃现象的形式显现出来。这些现象主要描述了介质的响应，这一介质产生了改变共震频率的强制震动。Vanderveldr还引用于的文章,并补充说考虑横向阻尼行为的简单的模型不可以被假定。此外,他认为至少两种常见的结构和粘性类型的阻尼必须包含在任何试图预测在绞缆中传播的横向波衰减分析中。Vanderveldr通过假设一个粘滞阻尼的频变系数来克服这一数学难题。通过这种方式,并提供激励周期,其他类型3的内部的阻尼机理现在被假设包含在阻尼系数中。他的理论和实验结果显示地特别一致,该处相关的是被看作补充于的实验结果如下。（a）对于一个金属芯,内部阻尼被拉伸载荷所影响。(径向力和链间力随着轴向拉力的增高而增强以至于干摩擦阻尼也表现出了增长)。（b）对于非金属芯,阻尼能力随着轴向载荷减少而增加。里值得提到的是,虽然于对振幅阻尼的依赖性进行了评论,Davenporf和Vanderveldr都没有明确地认为曲率参数和曲率变化率参数会影响能量耗散这一效应。Kolsky给出了这个参数的数学形式:考虑到一水平畸变(大部分)波以x轴方向传播而y轴方向几乎不移动,控制运动方程可以表现为一般的解决方案b和C都是频变,m是质量密度，u是剪切模量，是剪切粘度。注意力集中在末项方程(1),可以清楚地把曲率变化率与剪切粘性联系起来。初步讨论在图1中，一段钢丝绳的封皮以基本形式进行自由非平面震动，它展现了四分之以参数的一个完整的循环。跨度的长度是2.L，中跨幅度是S。在一阶条件中,根据任意时刻震动的钢丝绳描绘出数学曲线可以近似为一个抛物线，这个抛物线的轴垂直于连接边界支撑结构的弦。正如迪安所指出的,当弦是水平的而且下降距离与跨距之比小于0.02，该曲线的数学近似值采用了小的误差。当弦不是水平的时候，对称性会丧失,而且钢丝绳在平衡位置会坚持被切去顶端的悬链线数学微量。然而,对于相对较小的下降距离与跨距之比，浅抛物线弧的近似值是足够地精确和而且在分析中不采用很大的误差。抛物线和悬链线的近似法经常出现在文献中,尤其对有倾斜跨度的巨大拉索的动态分析。边界条件当钢丝绳直径相对于跨度足够大,而且钢丝绳振动的曲率半径很小,弯曲应力的局部斜度将建立在钢丝绳中。根据边界条件的类型,弯曲应力的两种渐变是可能的。(i)恒定的渐变和(ii)随不同振动模式而变化的时间相关的渐变。在接下来的分析中,这两种类型的渐变都会被考虑而且是连接震动钢丝绳和支撑物的球铰式安排的结果，被仅有控制边界强加的回转约束条件的类型影响着渐变。4图1-钢丝绳封皮进行以基本形式进行自由非平面横向震动在这个例子中滚珠球窝接点以一种方式被约束住，这种方式允许钢丝绳绕它的几何中心旋转而且在跨距附近循环（图2）。因此,这边采用的边界条件允许球形接头以3个自由度在套借口内自由旋转。这就等于绕跨距旋转的钢丝绳刚性长度由支撑结构规定。图二显示了这一钢丝绳的一个平面截面的圆轨道发生在平面y-z的中跨；这边的跨度采取了正常的页面。字母A假定代表钢丝绳的横断面,这儿值得注意的是,字母A绕跨度旋转而且被看作绕相对于固定在支架上的惯性参考的几何中心。发生在字母A顶尖的弯曲应力的倾斜度也是同样显示在图二上而且被公认为是永远恒定不变的t。在图2中指标(c-)和(T+)分别代表相对压缩和拉伸的状态，这些状态发生在持续循环截面的表面上。从基本的横梁理论来看这儿的弯曲应力是拉伸应力,因为振动时顶尖继续留在圆截面的最外面的纤维上。约束的性质也可以避免中性轴(NA)相对于固定指标A移动。在这个例子中，弯曲应力的定值归因于旋转钢丝绳的离心效应连同弯曲效应。