振动离心复合环境下科里奥利力的计算及分析

　　关于过载与振动的综合实验,现在公认的实现方法是在离心环境下进行振动实验。然而振动台在离心机运转时的振动过程中除受到离心力的作用外还要受到另一个惯性力,即科里奥利力的作用,研究它对振动系统的影响程度是非常必要的。关于科里奥利力的影响还未见其它资料报道。

　　1　离心机上振动台受力分析

　　离心机上振动台安装示意图如图1所示。离心机提供离心力,配重使离心臂保持平衡,其振动台的安装方向考虑离心机的稳定性,通常振动台的振动方向按图1的Y,Z方向安装[1]。振动方向沿Y方向的安装又称为顺臂安装。振动方向沿Z方向又称为垂臂安装。对振动台台面及试件而言,除受到重力及与之平衡的支撑力外,在离心机运转过程中,还要受到离心力和科里奥利力两个惯性力及相应的平衡力。离心力与离心机的转动角速度有关,科里奥利力与离心机转动及试件在离心机上的运动有关。本文主要分析科里奥利力及其影响。

　　2　科里奥利力分析

　　物体相对于定轴转动参照系作相对运动时,物体受到科里奥利力的作用,其大小为

　　其中,ω为离心机的旋转角速度。v′为试件相对于转动参照系运动的速度[2]。在振动离心复合环境下,若振动台沿垂臂方向安装,振动方向沿图1的Z方向,振动台及试件所受到的科里奥利力F=0,即振动台及试件在振动过程中不受科里奥利力的影响,这是理想状态下的结果,若轴向不正或振动过程出现摆动,科里奥利力仍将有影响。若振动台沿顺臂方向安装,振动方向沿图1的Y方向,振动台及试件所受到的科里奥利力F=2mXv′,其方向沿图1的X方向。设离心机转动方向为逆时针,当振动台及试件沿Y坐标轴正方向运动时,振动台及试件所受到的科里奥利力指向X坐标轴的正方向,俯视图见图2所示;当振动台及试件沿Y坐标轴负方向运动时,振动台及试件所受到的科里奥利力指向X坐标轴的负方向,与图2所示方向相反。下面给出其大小计算。

　　3　科里奥利力计算

　　在计算时,选用的电动振动台及离心机的技术指标见表1。

　　振动台的主要技术指标中,额定加速度、额定速度、额定位移等指标并不是在全工作频域内都能得到满足,额定加速度只能在高频域(加速度区域)达到,低频域(位移区域)受额定位移的限制,而介于这两者之间(速度区域)则受额定速度的限制,其空载、40kg负载工作特性曲线,即加速度频率(a-f)关系曲线如图3所示。图中所示结果是根据表1所示技术指标参考电动振动台的相关规律计算得到[3]。

　　根据振动台振动频率、加速度、速度、位移参量的换算关系式: