1、价 值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工
2、程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工
3、程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程价值工程0 引言固有频率是一个物体结构的重要参数，根据物体结构来求出结构体的固有频率使我们研究机械结构振动经常要面对的一个问题 。因为知道了物体的固有频率，就能够更好的使物体发挥最佳的性能 。本文介绍一种求取物体结构固有频率的方法，就是利用虚位移原理来求解 。1 虚位移原理设一在外力作用下处于平衡的弹性体，其体积力为 X、Y、Z 表面力为 X、Y、
4、Z；假定 u、v、w 是物体在三个方向上的虚位移，即弹性体几何允许的微小位移 。根据能量守恒原理可知，在虚位移过程中，外力的总虚功等于弹性体的总虚应变能 。外力的总虚功为：蓓（ Xu+Yv+Zw） dV+蓦（ X軍u+Y軍v+Z軈w） dF （ 1）物体的总虚应变能为：U=蓓（ xx+yy+zz+xyxy+yzyz+zxzx） dV （ 2）于是根据虚位移原理可以表示为：蓓（ Xu+Yv+Zw） dV+蓦（ X軍u+Y軍v+Z軈w） dF-蓓（ xx+yy+zz+xyxy+yzyz+zxzx） dV=0 （ 3）或者 U=蓓（ Xu+Yv+Zw） dV+蓦（ X軍u+Y軍v+Z軈w） dF （
5、 4）由于 u、v、w 各自独立，而且是完全任意的 。因此，我们可以根据上式列出物体的静力平衡条件和三个静力边界条件，写出物体的变形曲线，计算出物体在载荷作用下的变形能 。根据能量守恒原理，求出物体的刚度，进而得到物体的固有频率 。2 例子如图 1 所示的一个简支梁，试求出梁的固有频率 。我们可以设梁的挠度曲线为： w=n = 1ansinnxl（ 5）应变能为： U=EJ2l0乙（d2wdx2）2dx=EJ42l3n = 1n4a2n（ 6）使挠度曲线级数中任一个系数 an有一个变分，就可以得到一个从真实位移算起的虚位移 。w=ansinnxl（ 7）与之相应的应变能的变化为： U=坠U坠a
6、n=EJ42l3n4an（ 8）物体在外力 P 在虚位移过程中所作的功为： Pansinnal应用虚位移原理，可得： Pansinnal=EJ42l3n4an得an=2Pl3sinnalEJn44（ 9）挠度曲线为 w=2Pl3EJ4n = 1sinnalsinnxln4（ 10）当 a=l2时 wmax=2Pl3EJ4（ 1+134+154+），只取级数第一项 wmax=2Pl3EJ4系统的应变能为： U=EJ2l0乙（d2wdx2）2dx=EJ44l3n = 1n4a2n系统在外力 P 的作用下产生的势能为 Q=12Kw2max（ 11）根据能量守恒的原理 Q=UK=EJ42l3n=n =
7、 1sin2naln4（ 12）取 n=1 时； K=EJ4sin2al2l3f1=12KM姨=sinal2lEJ2Ml姨（ 13）式中： l 为梁的长度； E 为梁材料的弹性模量； J 为粱截面惯性矩； M 为梁的质量 。通过这种方法就可以计算出一些结构体的刚度 。当然，我们发现，物体的刚度与我们在计算其在外力作用下的挠度曲线函数有一定的关系 。但一般来说，只要满足一定边界条件的挠度曲线函数可作者简介 ：梁磊（ 1971-），男，陕西咸阳人，讲师，研究方向为机械结构设计及加工 。一种计算物体固有频率的方法A Method for Computing Structure Natural Fre
8、quency梁磊 Liang Lei（宝鸡文理学院，宝鸡 721007）（ Baoji University of Arts and Sciences， Baoji 721007， China）摘要 ：固有频率是物体的重要参数，本文介绍了使用虚位移原理来求解物体固有频率的方法 。根据物体的受力条件和边界条件利用虚位移原理求出物体的变形能，根据能量守恒的原理计算出物体的固有频率 。Abstract: The natural frequency is important parameter to rigid body. This article introduced the method of u
9、sing the virtual displacement principleto solve the object natural frequency. Using the virtual displacement principle according to the object stress condition and the boundary condition toextract the object the energy of deformation, it calculates the objects the natural frequency according to cons
10、ervation of energys principle.关键词 ：虚位移原理；变形能；固有频率Key words: virtual displacement principle； deformation energy； natural frequency中图分类号 ：TH12 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006-4311（ 2011） 34-0034-0234DOI:10.14018/13-1085/n.2011.34.042Value EngineeringValue0 引言油气长输管道具有直径大 、运输距离长 、输送压力高和运量大等优点，在国民经济中占有极为重要的战略地位 。油气管
11、道输送的基本要求是安全 、高效；随着管道工业的不断发展和其重要性的突出，全社会对管道安全监测技术的要求也将不断地提高 。我国大部分现役管道已经进入了衰老期，管道服役时间的增长，管道腐蚀 、自然灾害和人为损坏等因素使得管道安全问题变得日益严重，因此做好管道的应力在线监测对确保管道的运作安全，对保障我国国民经济的发展有着极其重要的作用1。目前，国内外对输油气管道的监测主要集中在泄露和腐蚀方面，而对管道应力的在线监测做得较少 。在颜文喜2、李艳萍3、杜景水4分别对其管道进行的应力应变检测中，都是采用电阻应变片对管道进行的短期检测，然后进行理论分析评价，并没有结合软件进行长期在线监测，从而就不能实时地
12、反映管道的运作情况 。国外的Pablo Gabriel Fazzini5和 F.A.Pasquar6也对管道进行了应力检测，主要是进行腐蚀方面的理论分析，也没有进行长期在线监测 。对应力应变进行监测所用传感器目前主要是电阻应变片，然而这种传感器主要有以下缺点： 存在零漂，不能进行长期测量； 抗电磁干扰能力差； 防水性较差 。基于以上缺点，电阻应变片不适合管道应力在线监测 。文章选用光纤光栅传感器以及其它硬件设施，以 Labview8.6 为开发平台开发在线监测系统，并对某管道实施在线监测 。1 Labview 简介为了能更好地实现管道的应力在线监测，文章采用 Labview 作为平台开发在线监
13、测系统 。Labview 提出所谓 “虚拟仪器 ”（ VI）的概念 。使那些基于软件上建立起来的仪表能够自由地组合起来，其操作面板与真实的仪表无异，所以说 “软件就是仪器 ”。Labview 是一种真正意义上的图形化编程语言，它采用工程技术人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，具有界面友好 、操作简单 、开发周期短等特点，广泛应用于各个行业的仿真 、数据采集 、仪器控制 、测量分析和数据显示等方面7。Labview 中包含了丰富的函数及子程序库，还包括了 VXI、PXI、GPIB、RS-232、USB 及串行仪器控制子程序，以及大量的数据采集子程序，这些子程序从简单到复杂，用户可
14、以根据具体情况选用8。Labview 还提供了较简单 、方便 、直观的程序调试环境，使用者可以较方便地找到错误所在的位置及原因，还可以使用探针查看任意位置的结果 。此外程序在运行时还可以高亮显示，编程人员可以清楚地看到数据的流动方向 。总之， Labview功能强大 、方便灵活 。2 硬件系统组成2.1 传感器 由于现场工作环境比较恶劣，所以传感器的选择至关重要 。光纤光栅传感器具有抗电磁干扰 、耐久性好 、准分布式传感 、绝对测量 、尺寸小 、灵敏度高 、精度高 、频带宽 、信噪比高等优点，是结构健康监测最理想的智能传感原件 。本次管道监测选用宁波杉工结构监测与控制工程中心有限公司生产的布拉
15、格光纤光栅传感器 。由于在应力监测过程中要去除温度对波长漂移造成的影响，所以除了选用应变传感器外，还要选用温度传感器 。将应变传感器和温度传感器串联在一起，从而完成温度补偿 。作者简介 ：石永（ 1986-），男，山东菏泽人，硕士研究生，研究方向为机械装备检测与安全性评价 。基于 Labview 的管道应力在线监测系统On-line Monitoring System of Pipeline Stress Based on Labview石永 Shi Yong；周国强 Zhou Guoqiang；冷建成 Leng Jiancheng（东北石油大学机械科学与工程学院，大庆 163318）(Mec
16、hanical Science and Engineering College， Northeast Petroleum University， Daqing 163318， China）摘要 ：讨论了管道应力在线监测的重要性及意义，国内外研究现状 。简单介绍了 Labview 的结构和特点，在选用硬件系统的基础上，以该软件为平台开发出了一套能对管道应力进行实时监测的系统，该系统能够较方便地实现数据采集 、图像显示 、数据分析处理 、报警显示 、存储打印等功能 。将该系统应用于某管道应力监测中，发现运行结果良好 。Abstract: The importance and significanc
17、e of on-line monitoring of pipeline stress, and the present development at home and abroad were discussedin this paper. Also the structures and features of Labview were introduced, and on the basis of the choosing hardware system, a system which couldmonitor the stress of pipeline based on this soft
18、ware was developed. This system could easily realize some functions, including data acquisition, graphpresentation, data analysis processing, alarm display and storage printing. This system was applied to stress monitoring of certain pipeline, and a goodresult was given to us.关键词 ： Labview；在线监测；管道；阈
19、值Key words: Labview； on-line monitoring； pipeline； threshold中图分类号 ：TP277 文献标识码 ：A 文章编号 ：1006-4311（ 2011） 34-0035-02以满足实际工程实践的需要 。对于物体受到不同的边界条件和载荷情况，我们一般选取的挠度曲线函数不一样，比如说：对两端简支梁（任意载荷）w（ x） =n = 1ansinnxl（ 14）对称载荷作用下的：w（ x） =a1sinxl+a2sin3xl+a3sin5xl+w（ x） =a1x（ l-x） +a2x2（ l-x）2+a3x3（ l-x）3+ （ 15）两端固定
20、梁在对称载荷作用下的挠度曲线函数可以选取以下几种：w（ x） =a1x（ l-x） +a2x2（ l-x）2+a3x3（ l-x）3+w（ x） =a1（ l-cos2xl） +a2（ l-cos4xl） +a3（ l-cos6xl） +（ 16）一端固定一端自由梁在任意载荷作用下的挠度曲线函数为：w（ x） =a1（ l-cosx2l） +a3（ l-cos3x2l） +a5（ l-cos5x2l） +w（ x） =a2x2+a3x3+a5x5+ （ 17）一端固定一端简支梁在任意载荷作用下的挠度曲线函数可以选用以下几种：w（ x） =a1（ cosx2l-cos3x2l） +a3（ cos3x2l-cos5x2l） +a5（ cos5x2l-cos7x2l） +w（ x） =a1x2（ l-x） +a3x3（ l-x） +a5x5（ l-x） + （ 18）以上几种函数我们可以根据物体的实际受载荷的作用情况和边界条件进行选取 。这种方法简便易行，在工程实践中完全可以满足需要 。参考文献 ：1刘鸿文 .材料力学 M.高等教育出版社， 1998.2黄炎 .弹性力学 M.清华大学出版社， 1982.3张维屏 .机械振动学 M.冶金工业出版社， 1989.35
