共振或亞共振摧毀、亞共振動力倍增以及解除共振的方法

共振或亞共振摧毀、亞共振動力倍增以及解除共振的方法
【專利摘要】本發明首先提供一種共振或亞共振摧毀方法，包括先后使用變頻荷載應力波和定頻荷載應力波用于摧毀物體，或所述方法為使用兩種以上頻率相同或相似的荷載應力波共振或亞共振達到摧毀其傳播方向線的交點上物體的目的。本發明還提供一種亞共振動力倍增方法，包括使得發動機的亞共振狀態為其正常工作狀態，從而實現同等輸出功率下大幅降低能耗的目的。本發明還提供一種解除共振的方法，所述方法為提供第三路應力波用于解除已有的兩路應力波之間已經發生的共振狀態，且提供的第三路應力波的頻率不等于已有兩路應力波的頻率。本發明充分利用應力波間產生的共振和亞共振狀態，分別實現共振摧毀、動力倍增及解除共振的目的。
【專利說明】
共振或亞共振摧毀、亞共振動力倍増以及解除共振的方法
技術領域
[0001]本發明涉及結構力學領域，具體涉及一種共振或亞共振摧毀的方法、一種亞共振動力倍增的方法以及一種解除共振的方法。
【背景技術】
[0002]應力波是應力和應變擾動的傳播形式。比如，當炸藥在土巖介質中爆炸時，其沖擊壓力以波動形式向四外傳播，就是一種應力波。當應力與應變呈線性關系時，介質中傳播的是彈性波;呈非線性關系時，為塑性波和沖擊波。地震波、固體中的聲波和超聲波等都是常見的應力波。應力波的研究同地震、爆炸和高速碰撞等動載荷條件下的各種實際問題密切相關。近三十年來，應力波的研究得到迅速發展，已在地震，工程爆破、爆炸加工和爆炸合成，超聲波和聲發射技術，機械設備的沖擊強度，工程結構和建筑的動態響應，彈丸對裝甲的撞擊侵徹、微流星體和雨雪冰沙對飛行器的高速撞擊以及地球、月球的隕石坑和地質結構中“沖擊變性”的研究，材料在高應變率下動態力學性能和本構關系的研究，斷裂動力學的研究，沖擊載荷下材料的力學性質、電磁性質和相變等的研究，高能量密度粒子束(電子束、X射線、激光等)對材料的作用(見粒子束爆炸)的研究等廣闊的領域中有著重要的應用。
[0003]如上所述，彈性波是應力波的一種，是擾動或外力作用引起的應力和應變在彈性介質中傳遞的形式。彈性介質中質點間存在著相互作用的彈性力。當某處物質粒子離開平衡位置，即發生應變時，該粒子在彈性力的作用下發生振動，同時又引起周圍粒子的應變和振動，這樣形成的振動在彈性介質中的傳播過程稱為“彈性波”。在振動所到之處應力和應變就會發生變化。彈性波理論已經比較成熟，廣泛應用于地震、地質勘探、采礦、材料的無損探傷、工程結構的抗震抗爆、巖土動力學等方面。
[0004]共振是指機械系統所受激勵的頻率與該系統的某階固有頻率相接近時，系統振幅顯著增大的現象。在一般情況下共振是有害的，會引起機械和結構很大的變形和動應力，甚至造成破壞性事故，工程史上不乏實例。也有利用共振原理而開發的振動機械，其可用較小的功率完成某些工藝過程，如共振篩等。此外，還有收音機、澆灌混凝土的振蕩器、粉碎機、測振儀、電振栗、測速儀、微波爐、音樂治療、粒子加速器等領域都有用到共振原理。另外，現有對機械設備的防共振措施主要有:改進機械的結構或改變激勵，使機械的固有頻率避開激勵頻率;采用減振裝置;機械起動或停車過程中快速通過共振區。
[0005]發動機是一種能夠把其它形式的能轉化為機械能的機器，包括如內燃機(汽油發動機和柴油發動機等)、外燃機(斯特林發動機、蒸汽機等)、電動機等。如內燃機通常是把化學能轉化為機械能。發動機既適用于動力發生裝置，也可指包括動力裝置的整個機器(如:汽油發動機、航空發動機)，其中航空發動機包括活塞式航空發動機、燃氣渦輪發動機和沖壓發動機三種。而其中燃氣渦輪發動機包括渦輪噴氣發動機、渦輪風扇發動機、渦輪螺旋槳發動機和渦輪軸發動機，都具有壓氣機、燃燒室和燃氣渦輪。例如，柴油發動機工作中，曲柄連桿機構在作功行程中把活塞的往復運動轉變成曲軸的旋轉運動，對外輸出動力，而在其他三個行程中，即進氣、壓縮、排氣行程中又把曲軸的旋轉運動轉變成活塞的往復直線運動。總的來說曲柄連桿機構是發動機借以產生并傳遞動力的機構。通過它把燃料燃燒后發出的熱能轉變為機械能。
[0006]柴油機飛車是指柴油機排氣冒濃煙，聲音及震動大的現象。正常情況下，當柴油機的負荷變化時，調速器能自動調節噴油栗的供油量，使其轉速保持穩定;反之，當柴油機負荷變化時，噴油栗的供油量不能做出響應，即會發生“飛車”。發生“飛車”后，隨著柴油機轉速的增高，噴油栗柱塞與柱塞套間的漏損減小，進入氣缸內的柴油增加，導致柴油機的轉速再增高，從而形成惡性循環。柴油機轉速的不斷增高，使氣缸內溫度不斷升高，活塞的膨脹量增加，活塞連桿組各零件運動加劇，負荷增大，超過其強度極限后，將發生打壞缸體、連桿折斷、曲軸斷裂以及活塞、缸套和缸蓋被打碎等嚴重事故。因此，柴油機一旦發生“飛車”，必須采取果斷措施，盡量減短“飛車”時間，以最大限度地減少損失。
[0007]如何提供一種大幅節能的發動機是本領域一直要解決的技術問題。另外，怎樣更有效地避免柴油機飛車也是本領域需要解決的技術問題。再有，雖然本領域對共振已經有較多的研究成果，但對共振以及亞共振的應用還遠遠不夠。

【發明內容】

[0008]本申請的發明人從發動機的節能和柴油機的防止飛車層面著手開始研究解決問題的方法。意外地發現使得發動機保持一種亞共振狀態時，能實現所希望的結果。
[0009]本發明首先提供一種共振或亞共振摧毀方法，具體是一種利用應力波共振或亞共振摧毀方法，用于摧毀未知固有頻率的物體，所述方法包括如下步驟:
[0010]I)對固有頻率ω未知的待摧毀物體施加荷載頻率在ΘI?Θ2的變頻荷載應力波，激發所述待摧毀物體產生固有應力波，即Θ1?Θ2中某個荷載頻率Θ與待摧毀物體的固有頻率ω相同或相近而使荷載應力波與固有應力波二者達到共振或亞共振狀態;若頻率為ΘI?Θ2的變頻荷載應力波未能激發待摧毀物體產生固有應力波，則調整荷載應力波的頻率范圍至Θ 3?Θ 4重新試驗而使得待摧毀物體產生固有應力波；
[0011]根據待摧毀物體產生固有應力波時所施加的荷載應力波的頻率值或范圍而得知待摧毀物體的固有頻率ω;
[0012]2)對所述待摧毀物體施加頻率固定的荷載應力波，其荷載頻率Θ與其固有頻率ω相等或相近，使得施加的荷載應力波與待摧毀物體間形成共振或亞共振而摧毀所述物體；
[0013]其中所述共振是指荷載頻率Θ與固有頻率即自振頻率ω相等，而所述亞共振是指荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值范圍在0.75?1.25間且不等于I。
[0014]在一種具體的實施方式中，荷載頻率在Θ1?Θ2的變頻荷載應力波為頻率連續變化的荷載應力波或頻率階梯變化(逐級變化)的變頻荷載應力波。
[0015]本領域技術人員可知的，所述Θ1、Θ2、Θ3和Θ4為四種荷載頻率值，其中Θ3與Θ2可以相等或不同，同樣Θ4與Θ1可以相等或不同；且Θ1?Θ2的范圍與Θ3?Θ4的范圍可以有重疊或不重疊，這在本發明中都不受限制。
[0016]在一種具體的實施方式中，對待摧毀物體施加的荷載應力波為激光，即變頻荷載應力波為變頻激光，而頻率固定的荷載應力波為定頻激光。
[0017]本發明又提供一種共振或亞共振摧毀方法，具體是一種利用應力波共振或亞共振摧毀方法，用于摧毀未知固有頻率的物體，所述方法包括:對待摧毀物體同時施加兩個或兩個以上的荷載應力波，且這兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的荷載頻率θn與θm之間相等或相近，使得兩個或多個荷載應力波之間形成共振或亞共振狀態，從而摧毀處于兩個或多個荷載應力波的傳播方向線的交點上的物體;所述共振是指頻率θη=0?1，§卩兩個荷載應力波的頻率比值為011/0111=1，所述亞共振是指011/0111的比值范圍在0.75?1.25間且不等于I。
[0018]在一種具體的實施方式中，兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的傳播方向線的夾角α為0° <α < 30°，優選0° <α < 15°，更優選0° <α < 5° 0
[0019]本發明中，兩個荷載應力波的傳播方向線的夾角α盡可能地小，使得兩路荷載應力波近于平行且朝向相同，有利于兩個荷載應力波之間的對焦，即二者更容易成像重疊。
[0020]在一種具體的實施方式中，兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的頻率可以單獨計算并確定，從而獲得定向摧毀和破壞的目的，且其頻率比值為0.85 < Θη/ΘΜ <1.15,優選0.95 < Θη/ΘΜ <1.05,更優選θη/θη= I。
[0021]本領域技術人員可知的，兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波間除頻率相等以外，優選其荷載值也相等，以此實現最強的共振摧毀狀態。
[0022]本發明提供一種亞共振動力倍增方法，具體是一種利用應力波亞共振獲得動力倍增的方法，包括設計或改變發動機的結構使得發動機的動力系數即放大系數β處于期望值，且使荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值為0.75 < θ/ ω <1或I <θ/ ω < 1.25而使得發動機的亞共振狀態為其正常工作狀態，從而實現同等能耗下發動機的輸出功率倍增或同等輸出功率下大幅降低能耗的目的。
[0023]在一種具體的實施方式中，對發動機結構所做的改變包括增大發動機活塞行程以及改變凸輪形狀以調節進氣門與排氣門的啟閉時間。
[0024]在一種具體的實施方式中，所述發動機為動力裝置，且具體為燃油發動機、燃氣發動機或固體燃料發動機。
[0025]在一種具體的實施方式中，所述發動機為驅動裝置，且所述發動機為氣態驅動裝置，液態驅動裝置，電力、電磁、電場、磁場驅動裝置，包括電子束、χ射線、激光中任意一種的高能量密度粒子束驅動裝置或包括分子、電子、離子中任意一種的高速碰撞驅動裝置。
[0026]所述發動機內用時我們稱之為動力裝置，所述發動機外用時我們稱之為驅動裝置，所述驅動裝置例如涉及飛機葉片轉動空氣獲得驅動力或輪船螺旋槳轉動水獲得驅動力。
[0027]在一種具體的實施方式中，所述荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值為0.8< θ/ω <0.98或 1.02 < θ/ω < I.2，優選0.85 < θ/ω < 0.95或I.05 < θ/ω < 1.150
[0028]在一種具體的實施方式中，所述放大系數β為3?200，優選放大系數β為5?50。
[0029]在一種具體的實施方式中，所述方法還包括測定尚未改變結構的現有某型號的發動機的阻尼比ξ，根據其阻尼比ξ值與結構改變后的同型號發動機的阻尼比視為相等的原貝1J，再根據阻尼比ξ值及所需放大系數β值而計算得出結構改變后的發動機處于所需應力波亞共振狀態下所需的θ/ ω值，再在應力波亞共振發動機運轉過程中調節參數使得θ/ ω值保持恒定為所需θ/ω值;所述參數為頻率值、相位差、時間差和距離差中的一種或多種。
[0030]在一種具體的實施方式中，在同一發動機上實現兩級或多級應力波亞共振獲得動力倍增，而以“更遠離I的θ/ω值”獲取更大的總放大系數β。
[0031]本發明還提供一種解除共振的方法，所述方法為提供第三路應力波用于解除已有的兩路應力波之間已經發生的共振狀態，發生共振狀態的已有兩路應力波的頻率相等，而提供的第三路應力波的頻率不等于已有兩路應力波的頻率。
[0032]本領域技術人員能理解的，當對于某裝置來說，已有的發生共振的兩路應力波分別為荷載應力波和固有應力波時，向裝置施加一個頻率與其差別顯著的第三路應力波，且第三路應力波的荷載與所述荷載應力波相同或相近時，解除原共振的速度越快、效果越好。而對于某裝置來說，已有的發生共振的兩路應力波分別均為荷載應力波時，在已有的兩路載荷應力波旁向裝置施加一個頻率與共振頻率差別顯著的第三路應力波，且第三路應力波的荷載確定為某優選值時，解除原共振的速度越快、效果越好。此外，本領域技術人員能理解地，用于解除共振的新增應力波不應限于一路，可以是同時新增第三路和第四路應力波以解除原有的共振狀態，并依此類推可以增加多條應力波。另外，本領域技術人員能理解的，如果有必要的話，利用本發明所述解除共振的方法同樣可以解除原有的亞共振狀態。
[0033]本發明還提供另外一種解除共振的方法，所述共振為向待摧毀物體同時施加兩個或兩個以上的荷載應力波而產生的共振狀態，所述解除共振的方法包括調整任意一路或多路載荷應力波的頻率，使其頻率與另一路頻率不變的載荷應力波的頻率不同，從而解除共振。
[0034]本領域技術人員能理解地，所述調整任意一路或多路載荷應力波的頻率包括將其頻率調為零，即關閉該路荷載應力波的情形。
[0035]本發明提供一種亞共振發動機，包括特定設計的活塞行程和凸輪形狀使得發動機以處于亞共振狀態為其正常工作狀態;且發動機的一個氣缸外還增設有一個由繼電器控制的凸輪，以便及時解除所述亞共振發動機的共振狀態。
[0036]綜上所述，本發明首先提供一種共振或亞共振摧毀方法，所述方法包括先后使用變頻荷載應力波和定頻荷載應力波用于摧毀物體，或所述方法為使用兩種以上頻率相同或相似的荷載應力波共振或亞共振達到摧毀其傳播方向線的交點上物體的目的。本發明還提供一種亞共振動力倍增方法，包括使得發動機的亞共振狀態為其正常工作狀態，從而實現同等輸出功率下大幅降低能耗的目的。本發明還提供一種解除共振的方法，所述方法為提供第三路應力波用于解除已有的兩路應力波之間已經發生的共振狀態，且提供的第三路應力波的頻率不等于已有兩路應力波的頻率。
[0037]本發明充分利用應力波間產生的共振和亞共振狀態，分別實現共振或亞共振摧毀、亞共振動力倍增及解除共振的目的，解決了現有技術中存在的各個問題。
【附圖說明】
[0038]圖1為《結構力學》教科書中公開的輻頻曲線圖，
[0039]圖2為本發明提供的激光打靶方法示意圖。
【具體實施方式】
[0040]從劉金春主編的教科書《結構力學》中國建材工業出版社第一版(2003年8月)的第15章結構動力學303?305頁(其中304頁的圖15-23幅頻曲線即本發明中附圖1)可知，動力系數即放大系數β僅與碰撞的兩個應力波的荷載頻率Θ、固有頻率即自振頻率ω、以及阻尼比ξ有關。在O <阻尼比ξ < I的范圍內，θ/ω =1時荷載應力波與固有應力波之間發生共振，而當0.75 < θ/ω <1.25且θ/ω在I時，荷載應力波與固有應力波之間產生動力倍增狀態，我們稱之為亞共振狀態。此時，若阻尼比ξ越小即其值越趨近于O時，在θ/ω =1的共振狀態時，動力系數即放大系數β趨向于無窮大，而在0.75<θ/ω <1.25且θ/ ω在I的亞共振狀態時，也是隨阻尼比ξ越小即其值越趨近于O時，動力系數即放大系數β越大。對于發動機來說，某個狀態的阻尼比值ξ是可以測算得到的，本發明中利用發動機的亞共振狀態，根據我們需要功率倍增的倍數可以從圖中查詢得知我們需要發動機保持的亞共振狀態下的θ/ω的具體值。并通過調整參數而使得其運行常態下θ/ω為該值。例如，對某發動機來說，根據對其阻尼比值ξ的測算可知，若需要獲得50倍的放大系數β，則需要使得θ/ω =0.95。
[0041]現有技術的教導都只給出盡量在發動機中避免共振狀態，而并未有人嘗試開發一種亞共振狀態為運行常態的發動機。如上述《結構力學》第305頁中指出:然而，即使由于ξ的影響β不會增加到無窮大，但其值還是很大，特別是阻尼比較小時，共振現象的產生是很危險的，有可能導致引起結構本身的破壞。因此，在實際工程，特別是大型重要結構的設計中，應注意通過調整質量和剛度的分布來控制結構的自振頻率ω，或增加阻尼，減少振動幅值或是采取措施減少振源對結構體系的影響。
[0042]另外，本領域技術人員可知的，當發動機例如柴油機向下做功時選θ/ω=0.85，貝Ij它與柴油機向上做功時選θ/ω =1.15具有相同的動力倍增效果，而柴油機向左做功時選Θ/ω =0.95，則它與柴油機向右做功時選θ/ ω = 1.05具有相同的動力倍增效果。
[0043]實施例1
[0044]實施例1的目的是得到一種亞共振柴油機且在該柴油機中使用一種新方法解除其共振狀態。
[0045]用于新發動機研發的現有“普通柴油機”為290柴油機，即含雙缸且每缸的直徑為90mm，其活塞行程均為118mm。該“普通柴油機”在正常運轉時其θ/ω值遠離I因而與共振或亞共振無關。只有在該柴油機出現飛車情況時，尤其是在對該“普通柴油機”更換一種新的燃料后更容易出現飛車情況，此時“普通柴油機”中才會出現共振或亞共振的飛車狀態。關于共振現象，現有的解決方式是主動隔振和被動隔振法(見上述《結構力學》第305頁)，具體到柴油機中，通常采用及時斷油或阻斷空氣的方法來解除共振而導致的飛車現象。
[0046]本實施例提供的“亞共振柴油機”是在上述“普通柴油機”的基礎上，通過測算“普通柴油機”的阻尼比ξ，以及根據所需要放大的動力倍數50倍而知曉活塞行程需要加長的長度，再根據阻尼比ξ與放大系數β而得出θ/ω的所需值。具體在本例中，通過將各活塞的活塞行程均由118mm改為168mm，并相應改變凸輪形狀以調節進氣門與排氣門的啟閉時間而得到“亞共振柴油機”。對所述凸輪形狀的改變(改變前后各應為什么形狀)是本領域技術人員知曉的內容。所述“亞共振柴油機”的正常運轉狀態是處于亞共振狀態的，其θ/ω控制在0.95，因而在同等輸出功率下，耗用的柴油和空氣的量均為原耗費量的1/50，也就是說在“普通柴油機”中燃燒50L柴油所得到的輸出功率與在該“亞共振柴油機”中燃燒IL柴油所得到的輸出功率相等。
[0047]具體地，怎樣使得柴油發動機在單動力荷載應力波(其頻率為Θ)的作用下獲得動力倍增的方法包括如下步驟:
[0048]首先，在改裝前的290柴油機上實施步驟a?d以測定該型號柴油機的阻尼比ξ值。
[0049]a:首先對單動力荷載應力波進行選擇，使其滿足周期性應力波要求(周期性地振動，例如轉速恒定時)且荷載頻率Θ恒定或Θ按一定規律變化；
[0050]b:對動力結構(柴油機)的固有應力波進行選擇，同樣使其滿足周期性應力波要求且固有頻率ω恒定或ω按一定規律變化；
[0051 ] c:步驟a的荷載應力波及步驟b的動力結構固有應力波相互匹配，S卩0.75 < θ/ω <1.25，且優選0.85 < θ/ω < 1.15，匹配時應該二者同時考慮；
[0052]d:把匹配好的動力結構(普通的290柴油機)的阻尼比ξ進行測定。
[0053]目前阻尼比ξ很難通過計算得出，因而一般需要使用此方法測定。因為對290柴油機的活塞加長及凸輪形狀改變的改裝后的新柴油機的阻尼比ξ值與改裝前的290柴油機的阻尼比ξ值一致，因而對改裝后的柴油機實施步驟e?f即可實現其處于動力倍增的正常運轉狀態。
[0054]e:根據步驟d中測得的阻尼比ξ值以及我們需要的動力放大系數β(根據所需的放大系數β而確定活塞行程應加長的長度值以及凸輪形狀應做的相應調整均屬本領域技術人員可知的范疇)，并用附圖1或相應的公式求出荷載頻率與固有頻率的頻率比值θ/ω應該為多少；
[0055]f:激波或激震:恒動力荷載(改裝后的柴油機帶動的荷載恒速轉動時得到頻率恒定的荷載應力波)對能夠產生應力波的動力結構(改裝后的柴油機)作用，生成動力結構固有應力波，這一過程稱為激波或激震；
[0056]g:荷載應力波與固有應力波兩波碰撞后作功:在改裝后的柴油機中，激波或激震后新柴油機在亞共振狀態下穩定運轉，即穩定地以倍增動力輸出狀態運轉。
[0057 ]本發明的方法是利用恒動力荷載對動力結構作用獲得應力波，再與恒動力荷載本身的應力波碰撞，得到放大后的應力和放大后的位移做功產生的動力，從而得到倍增動力。因為固定的動力放大系數β得到的放大應力及放大位移是恒定的。所以，只要在原動力裝置中增加放大位移量后，就完成了一個周期的作功，從而達到了動力倍增的目的。
[0058]另外，因為改裝后的“亞共振柴油機”的正常運轉狀態是機器處于亞共振狀態，因而該“亞共振柴油機”相比“普通柴油機”來說，更容易出現不可控的共振飛車情況。如果僅使用現有技術中的方法來解除該“亞共振柴油機”的共振狀態，例如及時斷油或斷氣，則無疑會影響所述“亞共振柴油機”的穩定性和效率。本發明的發明人通過多次研究，開發出一種新的方法以解除“亞共振柴油機”中出現的非正常狀態(共振狀態)。具體是通過在所述“亞共振柴油機”的一個氣缸外增加一個由繼電器控制的凸輪，它能產生一種頻率與“亞共振柴油機”的荷載頻率Θ和固有頻率ω均不同也不接近的應力波，使得新增應力波能干擾原來“荷載應力波”與“固有應力波”之間產生的共振狀態，從而及時地輕松地解除二者的共振狀態。
[0059]也就是說，本發明提供的發動機(柴油機)中應用了兩種技術使得該發動機的正常工作狀態為亞共振狀態。一個是通過測算后將該柴油機的θ/ ω值控制在0.75?1.25且不取I的亞共振狀態，另一個是通過新增一路應力波(振動)來解除原有的偶然出現的共振狀態。也就是說本發明通過對發動機結構的設計使得其盡量不產生共振或及時消除共振的情況下保持在亞共振狀態下運轉，為節約能源提供了一種全新的方法。
[0060]本發明中，具體的θ/ω值的調節方法，可以使用本領域技術人員公知的方法調節，如調整頻率值、相位差、時間差和距尚差等方法都可以獲得同一頻率比θ/ ω值。
[0061 ]本領域技術人員能理解的，當柴油機為單缸柴油機時，把其單缸的活塞行程加長即可。而當柴油機為多缸柴油機時，應把其多缸的活塞行程同步加長。但只需在其任意一個氣缸外側增加一個由繼電器控制的凸輪來產生第三應力波以解除原共振狀態即可。
[0062]經過本發明提供的亞共振動力倍增方法對發動機進行改進或重新設計制備，并通過控制θ/ω值在一定范圍，使得發動機以亞共振狀態為正常工作狀態。例如亞共振柴油機在θ/ω =0.95時能實現同等能耗下發動機的輸出功率倍增50倍的效果，或同等輸出功率下大幅降低能耗(原來用50L柴油時，使用本發明方法只需使用IL柴油)的目的。本發明中避免了 “亞共振柴油機”出現共振狀態，因而柴油機的結構穩定性并不會受到影響。當將“普通柴油機”改裝成“亞共振柴油機”時，只需將“普通柴油機”的活塞行程相應加長且改變凸輪形狀以調節進氣門與排氣門的啟閉時間即得到“亞共振柴油機”。本發明中，因為“普通柴油機”與“亞共振柴油機”的輸出功率設定為相同，因而本發明的一個【具體實施方式】中是柴油消耗量降低50倍。也因為“普通柴油機”與“亞共振柴油機”的輸出功率相等，因而構成這兩種柴油機的結構材料可以完全相同，無需改變柴油機所用鋼材或其它材質配件的強度。以“普通柴油機”改裝后的“亞共振柴油機”完全可以長期承受其亞共振狀態。但因為θ/ω值越接近于I時，發動機越容易出現共振狀態，而共振狀態卻是需要一直避免的。而θ/ω值越遠離I時，動力倍增的倍數越低。因此，荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值優選為0.8<θ/ω <0.98或 1.02 < θ/ω < 1.2，更優選0.85 < θ/ω < 0.95或I.05 < θ/ω < 1.150
[0063]此外，對于本發明所述亞共振發動機來說，除了通過調整頻率比θ/ω值使其越接近于I而獲得越大的放大系數β以外，還可以通過多級動力倍增的方法獲得更大的放大系數β。例如第一級放大20倍，相應的θ/ω值為0.9，第二級的輸入以第一級的輸出為基礎再放大20倍，其相應的θ/ ω值同樣為0.9，因而可得到放大400倍的動力倍增。且每一個θ/ ω值均與θ/ω= I的共振狀態相距較遠(0.9與I的差距大，而0.95與I的差距小)，因而不容易發生共振狀態。即本發明通過將前個周期獲得的放大后的應力再作為下一個周期的初始荷載力，產生更大的應力波，得到更大的應力和位移，從而獲得更大的動力放大系數，也就是通過調整應力波碰撞次數(級數或周期)獲得更大的功率輸出。但兩級亞共振柴油機與單級亞共振柴油機的結構不同，兩級亞共振柴油機總的動力倍增倍數為400時，顯然其需要更大得多的活塞行程，且凸輪形狀需要相應再次改變。
[0064]另外，本發明還可以拓展提供一種多波間亞共振出現動力倍增的方法，例如對汽油發動機來說，現在的汽油機有雙缸、四缸、六缸、八缸等多種，我們只需使得其中兩個氣缸的固有頻率設定為頻率比值穩定在0.95，則能獲得50倍的動力倍增輸出。雖然發動機的裝置材料決定了它不能承受頻率比為I的共振狀態，但頻率比為0.9?0.95的動力倍增狀態卻是裝置能長久承受的。
[0065]實施例2
[0066]本實施例提供一種單光源激光進行激光碎石或激光打靶以及一種雙光源激光進行激光碎石或激光打靶的方法。
[0067]本領域中，對已知固有頻率的物體已經有相應的共振摧毀方法。例如對已知固有頻率的飛機，可以對其施加與其固有頻率ω相等的荷載頻率Θ的激光，使得荷載應力波與固有應力波相等從而發生共振摧毀飛機。或者是在激光碎石領域，當結石的固有頻率已知(或大致在該范圍)時，可以直接使用與其頻率相等的激光與結石產生共振而迅速將結石摧毀。而若該結石的固有頻率未知且與施加的激光的頻率不一致(頻率相差較大)時，則不能出現共振或亞共振狀態，而僅能利用激光光子本身的定向破壞力。因此，這時候往往需要經過多次碎石方見成效。例如現有的激光碎石一般采用波長為2.Ιμπι，即頻率固定的脈沖式鈥激光進行碎石，因而某些患者的激光碎石手術可能要進行多次。且本領域的技術人員一般都未考慮到不同的結石其固有自振頻率ω之間有差異。
[0068]針對該問題，本發明提出了兩種不同的共振或亞共振摧毀方法。一種是單荷載的變頻應力波(單路變頻激光)先找出待摧毀物體(不明飛行物或結石)的固有頻率，再施加定頻應力波(頻率固定的激光，或以頻率變化范圍幅度很小的變頻激光等同代替)與待摧毀物體發生共振或亞共振而將物體摧毀。另一種方法是直接對待摧毀物體施加雙荷載的定頻應力波，這兩路定頻應力波間發生共振或亞共振而摧毀其交點上的物體。因變頻電源的發明使得變頻應力波如變頻激光成為現有技術中的已知內容，本發明的發明人使用變頻激光先找到結石的固有自振頻率，再在動力倍增狀態下將結石摧毀，如果考慮到生物體如人體內可能無法承受共振狀態下的劇烈破碎效應，則可以通過精細化設計使得摧毀在精確的某頻率比的亞共振狀態下進行。具體地，在本發明第一種共振或亞共振摧毀方法中，例如用于激光打靶，在對固有頻率未知的外來飛行器進行激光打靶時，可以先對該外來飛行器施加一個變頻的荷載應力波(變頻激光)，若變動到荷載頻率為θχ時，荷載應力波與外來飛行器之間出現亞共振或共振狀態，即外來飛行器產生了固有應力波，因此而可得知外來飛行器的固有頻率ω，其值與荷載頻率θχ相等或相近，再利用頻率恒定為θχ或與θχ相近的頻率的荷載激光施加在所述外來飛行器上，使得二者共振(或亞共振)而達到摧毀外來飛行器的目的。該方法用于激光碎石的原理是相同的。而在本發明的第二種共振或亞共振摧毀方法中，例如用于激光打靶，則直接對外來飛行器同時施加兩路近乎平行的激光，兩路激光的光源盡量靠近，二者均指向所述外來飛行器，兩路激光的頻率相等而產生共振從而摧毀所述外來飛行器。所述方法的示意圖如圖2所示。
[0069]實施例3
[0070]本實施例提供應用雙荷載應力波間實現共振而摧毀處于其交點上物體的方法的另一個實施例。具體是雙光源均經凸透鏡聚焦后產生共振，所產生的能量用于加熱石頭等高熔點物質。
[0071]在太陽光下，使用一片凸透鏡聚焦太陽光時，在其焦點上放置的紙片容易燃燒，但焦點上放置的石頭等物質的加熱速度較慢。
[0072]在同樣的太陽光下，同一平面上設置兩片相同的凸透鏡聚焦太陽光，兩片凸透鏡間盡量靠近以便于對焦，兩路太陽光產生了共振，在其共同的焦點區域放置紙片能迅速燃盡，放置的石頭的溫度上升速度非常快，甚至能達到將石頭熔化的效果。
[0073]實施例4
[0074]本實施例中將本發明提供的雙荷載應力波實現共振或亞共振摧毀的方法應用于爆炸領域可以大幅節約炸藥用量。
[0075]現有的爆炸領域中一般是使用密布的炸藥包去將隧道巖土等物質破開，設計其炸藥包位置時一般只考慮了單個炸藥包的爆炸量以及多個炸藥包的協同效率，而并未針對每兩個炸藥包之間做出其固有頻率考察和應力波計算。因此，現有的爆破中，有的區域出現了共振或亞共振狀態因而該爆破區域出現了粉碎性爆破的結果，而另外的很多區域卻只發揮了單個炸藥包自身的作用力因而其爆破效果有限。
[0076]本發明考慮到爆破的應力波曲線為頻率不變而振幅衰減的周期變化曲線，通過設計每兩個相鄰炸藥包間的應力波頻率的比值，具體是通過設計和計算其位置差、時間差和相位差等參數使得二者間在爆破時形成共振或亞共振狀態，達到能量倍增輸出(或大幅節約炸藥量)以及精準地定向爆破的效果。考慮到每個炸藥包起炸時會相互影響，設置位置臨近的炸藥包間固有頻率相差較大會使得已產生的共振或亞共振狀態被迫解除，因而本發明提供的方法需要對每個炸藥包(或者相互影響的區域內的所有炸藥包)的起爆時間及其固有頻率均做出精準的計算。最終達到本發明提供的方法用于工程爆破可成百上千倍地縮減炸藥用量的效果。
[0077]除了上述實施例中提供的應用以外，本發明提供的方法還可以在其它領域得到充分應用，只要涉及力學和運動學的領域都可能可以使用本發明所述方法。例如:
[0078]I)應用于物體內部的分子、原子、電子、離子等領域，如粒子加速器中。
[0079]2)應用于柴油發動機、汽油發動機或航空發動機等發動機領域，用于機器的制備以及改裝，并最終實現大幅節約能源的目的。
[0080]3)應用于電力磁場領域:如磁場、電流、激光、爆炸沖擊波的本質也都是荷載應力波，電機可以產生荷載應力波。
[0081]總的說來，通過本發明提供的應力波碰撞方法，可以將現有的諸多設備稍加改進，即可實現在輸出功率不變的情況下，大大降低裝置的能源消耗。
[0082]以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種共振或亞共振摧毀方法，具體是一種利用應力波共振或亞共振摧毀方法，用于摧毀未知固有頻率的物體，所述方法包括如下步驟: 1)對固有頻率ω未知的待摧毀物體施加荷載頻率在Θ1?Θ2的變頻荷載應力波，激發所述待摧毀物體產生固有應力波，即Θ1?Θ2中某個荷載頻率Θ與待摧毀物體的固有頻率ω相同或相近而使荷載應力波與固有應力波二者達到共振或亞共振狀態;若頻率為Θ1?Θ2的變頻荷載應力波未能激發待摧毀物體產生固有應力波，則調整荷載應力波的頻率范圍至Θ3?Θ 4重新試驗而使得待摧毀物體產生固有應力波； 根據待摧毀物體產生固有應力波時所施加的荷載應力波的頻率值或范圍而得知待摧毀物體的固有頻率ω ； 2)對所述待摧毀物體施加頻率固定的荷載應力波，其荷載頻率Θ與其固有頻率ω相等或相近，使得施加的荷載應力波與待摧毀物體間形成共振或亞共振而摧毀所述物體； 其中所述共振是指荷載頻率Θ與固有頻率即自振頻率ω相等，而所述亞共振是指荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值范圍在0.75?1.25間且不等于I。2.根據權利要求1所述方法，其特征在于，對待摧毀物體施加的荷載應力波為激光，SP變頻荷載應力波為變頻激光，而頻率固定的荷載應力波為定頻激光。3.一種共振或亞共振摧毀方法，具體是一種利用應力波共振或亞共振摧毀方法，用于摧毀未知固有頻率的物體，所述方法包括:對待摧毀物體同時施加兩個或兩個以上的荷載應力波，且這兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的荷載頻率θη與9?之間相等或相近，使得兩個或多個荷載應力波之間形成共振或亞共振狀態，從而摧毀處于兩個或多個荷載應力波的傳播方向線的交點上的物體;所述共振是指頻率θη=θη，即兩個荷載應力波的頻率比值為θη/θη= I，所述亞共振是指0?/0』勺比值范圍在0.75?1.25間且不等于14.根據權利要求3所述方法，其特征在于，兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的傳播方向線的夾角α為0° <α < 30°，優選0° <α < 15°，更優選0° <α < 5° 05.根據權利要求3所述方法，其特征在于，兩個荷載應力波或多個荷載應力波中的任意兩個荷載應力波的頻率可以單獨計算并確定，從而獲得定向摧毀和破壞的目的，且其頻率比值為0.85 < 0n/0m < I.15，優選0.95 < 0n/0m < I.05，更優選0n/0m= I。6.一種亞共振動力倍增方法，具體是一種利用應力波亞共振獲得動力倍增的方法，包括設計或改變發動機的結構使得發動機的動力系數即放大系數β處于期望值，且使荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值為0.75 < θ/ ω < I或I < θ/ ω < 1.25而使得發動機的亞共振狀態為其正常工作狀態，從而實現同等能耗下發動機的輸出功率倍增或同等輸出功率下大幅降低能耗的目的。7.根據權利要求6所述方法，其特征在于，對發動機結構所做的改變包括增大發動機活塞行程以及改變凸輪形狀以調節進氣門與排氣門的啟閉時間。8.根據權利要求6或7所述方法，其特征在于，所述發動機為動力裝置，且具體為燃油發動機、燃氣發動機或固體燃料發動機。9.根據權利要求6所述方法，其特征在于，所述發動機為驅動裝置，且所述發動機為氣態驅動裝置，液態驅動裝置，電力、電磁、電場、磁場驅動裝置，包括電子束、X射線、激光中任意一種的高能量密度粒子束驅動裝置或包括分子、電子、離子中任意一種的高速碰撞驅動目.010.根據權利要求6或7所述方法，其特征在于，所述荷載頻率Θ與固有頻率ω的比值為0.8< θ/ω <0.98 或 1.02S θ/ω < I.2，優選 0.85 < θ/ω < 0.95或 I.05 < θ/ω < 1.15011.根據權利要求6或7所述方法，其特征在于，所述放大系數β為3?200，優選放大系數β為5?50。12.根據權利要求6或7所述方法，其特征在于，所述方法還包括測定尚未改變結構的現有某型號的發動機的阻尼比ξ，根據其阻尼比ξ值與結構改變后的同型號發動機的阻尼比視為相等的原則，再根據阻尼比ξ值及所需放大系數β值而計算得出結構改變后的發動機處于所需應力波亞共振狀態下所需的θ/ω值，再在應力波亞共振發動機運轉過程中調節參數使得θ/ω值保持恒定為所需θ/ω值;所述參數為頻率值、相位差、時間差和距離差中的一種或多種。13.根據權利要求6所述方法，其特征在于，在同一發動機上實現兩級或多級應力波亞共振獲得動力倍增，而以“更遠離I的θ/ω值”獲取更大的總放大系數β。14.一種解除共振的方法，所述方法為提供第三路應力波用于解除已有的兩路應力波之間已經發生的共振狀態，發生共振狀態的已有兩路應力波的頻率相等，而提供的第三路應力波的頻率不等于已有兩路應力波的頻率。15.—種解除共振的方法，所述共振為向待摧毀物體同時施加兩個或兩個以上的荷載應力波而產生的共振狀態，所述解除共振的方法包括調整任意一路或多路載荷應力波的頻率，使其頻率與另一路頻率不變的載荷應力波的頻率不同，從而解除共振。16.—種亞共振發動機，包括特定設計的活塞行程和凸輪形狀使得發動機以處于亞共振狀態為其正常工作狀態;且發動機的一個氣缸外還增設有一個由繼電器控制的凸輪，以便及時解除所述亞共振發動機的共振狀態。
【文檔編號】F02B77/08GK105865274SQ201610190209
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】楊鋮, 張立華, 彭杰
【申請人】楊鋮, 張立華, 彭杰