共振或亚共振摧毁、亚共振动力倍增以及解除共振的方法
【专利摘要】本发明首先提供一种共振或亚共振摧毁方法，包括先后使用变频荷载应力波和定频荷载应力波用于摧毁物体，或所述方法为使用两种以上频率相同或相似的荷载应力波共振或亚共振达到摧毁其传播方向线的交点上物体的目的。本发明还提供一种亚共振动力倍增方法，包括使得发动机的亚共振状态为其正常工作状态，从而实现同等输出功率下大幅降低能耗的目的。本发明还提供一种解除共振的方法，所述方法为提供第三路应力波用于解除已有的两路应力波之间已经发生的共振状态，且提供的第三路应力波的频率不等于已有两路应力波的频率。本发明充分利用应力波间产生的共振和亚共振状态，分别实现共振摧毁、动力倍增及解除共振的目的。
【专利说明】
共振或亚共振摧毁、亚共振动力倍増以及解除共振的方法
技术领域
[0001]本发明涉及结构力学领域，具体涉及一种共振或亚共振摧毁的方法、一种亚共振动力倍增的方法以及一种解除共振的方法。
【背景技术】
[0002]应力波是应力和应变扰动的传播形式。比如，当炸药在土岩介质中爆炸时，其冲击压力以波动形式向四外传播，就是一种应力波。当应力与应变呈线性关系时，介质中传播的是弹性波;呈非线性关系时，为塑性波和冲击波。地震波、固体中的声波和超声波等都是常见的应力波。应力波的研究同地震、爆炸和高速碰撞等动载荷条件下的各种实际问题密切相关。近三十年来，应力波的研究得到迅速发展，已在地震，工程爆破、爆炸加工和爆炸合成，超声波和声发射技术，机械设备的冲击强度，工程结构和建筑的动态响应，弹丸对装甲的撞击侵彻、微流星体和雨雪冰沙对飞行器的高速撞击以及地球、月球的陨石坑和地质结构中“冲击变性”的研究，材料在高应变率下动态力学性能和本构关系的研究，断裂动力学的研究，冲击载荷下材料的力学性质、电磁性质和相变等的研究，高能量密度粒子束(电子束、X射线、激光等)对材料的作用(见粒子束爆炸)的研究等广阔的领域中有着重要的应用。
[0003]如上所述，弹性波是应力波的一种，是扰动或外力作用引起的应力和应变在弹性介质中传递的形式。弹性介质中质点间存在着相互作用的弹性力。当某处物质粒子离开平衡位置，即发生应变时，该粒子在弹性力的作用下发生振动，同时又引起周围粒子的应变和振动，这样形成的振动在弹性介质中的传播过程称为“弹性波”。在振动所到之处应力和应变就会发生变化。弹性波理论已经比较成熟，广泛应用于地震、地质勘探、采矿、材料的无损探伤、工程结构的抗震抗爆、岩土动力学等方面。
[0004]共振是指机械系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。在一般情况下共振是有害的，会引起机械和结构很大的变形和动应力，甚至造成破坏性事故，工程史上不乏实例。也有利用共振原理而开发的振动机械，其可用较小的功率完成某些工艺过程，如共振筛等。此外，还有收音机、浇灌混凝土的振荡器、粉碎机、测振仪、电振栗、测速仪、微波炉、音乐治疗、粒子加速器等领域都有用到共振原理。另外，现有对机械设备的防共振措施主要有:改进机械的结构或改变激励，使机械的固有频率避开激励频率;采用减振装置;机械起动或停车过程中快速通过共振区。
[0005]发动机是一种能够把其它形式的能转化为机械能的机器，包括如内燃机(汽油发动机和柴油发动机等)、外燃机(斯特林发动机、蒸汽机等)、电动机等。如内燃机通常是把化学能转化为机械能。发动机既适用于动力发生装置，也可指包括动力装置的整个机器(如:汽油发动机、航空发动机)，其中航空发动机包括活塞式航空发动机、燃气涡轮发动机和冲压发动机三种。而其中燃气涡轮发动机包括涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机，都具有压气机、燃烧室和燃气涡轮。例如，柴油发动机工作中，曲柄连杆机构在作功行程中把活塞的往复运动转变成曲轴的旋转运动，对外输出动力，而在其他三个行程中，即进气、压缩、排气行程中又把曲轴的旋转运动转变成活塞的往复直线运动。总的来说曲柄连杆机构是发动机借以产生并传递动力的机构。通过它把燃料燃烧后发出的热能转变为机械能。
[0006]柴油机飞车是指柴油机排气冒浓烟，声音及震动大的现象。正常情况下，当柴油机的负荷变化时，调速器能自动调节喷油栗的供油量，使其转速保持稳定;反之，当柴油机负荷变化时，喷油栗的供油量不能做出响应，即会发生“飞车”。发生“飞车”后，随着柴油机转速的增高，喷油栗柱塞与柱塞套间的漏损减小，进入气缸内的柴油增加，导致柴油机的转速再增高，从而形成恶性循环。柴油机转速的不断增高，使气缸内温度不断升高，活塞的膨胀量增加，活塞连杆组各零件运动加剧，负荷增大，超过其强度极限后，将发生打坏缸体、连杆折断、曲轴断裂以及活塞、缸套和缸盖被打碎等严重事故。因此，柴油机一旦发生“飞车”，必须采取果断措施，尽量减短“飞车”时间，以最大限度地减少损失。
[0007]如何提供一种大幅节能的发动机是本领域一直要解决的技术问题。另外，怎样更有效地避免柴油机飞车也是本领域需要解决的技术问题。再有，虽然本领域对共振已经有较多的研究成果，但对共振以及亚共振的应用还远远不够。
【发明内容】
[0008]本申请的发明人从发动机的节能和柴油机的防止飞车层面着手开始研究解决问题的方法。意外地发现使得发动机保持一种亚共振状态时，能实现所希望的结果。
[0009]本发明首先提供一种共振或亚共振摧毁方法，具体是一种利用应力波共振或亚共振摧毁方法，用于摧毁未知固有频率的物体，所述方法包括如下步骤:
[0010]I)对固有频率ω未知的待摧毁物体施加荷载频率在ΘI?Θ2的变频荷载应力波，激发所述待摧毁物体产生固有应力波，即Θ1?Θ2中某个荷载频率Θ与待摧毁物体的固有频率ω相同或相近而使荷载应力波与固有应力波二者达到共振或亚共振状态;若频率为ΘI?Θ2的变频荷载应力波未能激发待摧毁物体产生固有应力波，则调整荷载应力波的频率范围至Θ 3?Θ 4重新试验而使得待摧毁物体产生固有应力波；
[0011]根据待摧毁物体产生固有应力波时所施加的荷载应力波的频率值或范围而得知待摧毁物体的固有频率ω;
[0012]2)对所述待摧毁物体施加频率固定的荷载应力波，其荷载频率Θ与其固有频率ω相等或相近，使得施加的荷载应力波与待摧毁物体间形成共振或亚共振而摧毁所述物体；
[0013]其中所述共振是指荷载频率Θ与固有频率即自振频率ω相等，而所述亚共振是指荷载频率Θ与固有频率ω的比值范围在0.75?1.25间且不等于I。
[0014]在一种具体的实施方式中，荷载频率在Θ1?Θ2的变频荷载应力波为频率连续变化的荷载应力波或频率阶梯变化(逐级变化)的变频荷载应力波。
[0015]本领域技术人员可知的，所述Θ1、Θ2、Θ3和Θ4为四种荷载频率值，其中Θ3与Θ2可以相等或不同，同样Θ4与Θ1可以相等或不同；且Θ1?Θ2的范围与Θ3?Θ4的范围可以有重叠或不重叠，这在本发明中都不受限制。
[0016]在一种具体的实施方式中，对待摧毁物体施加的荷载应力波为激光，即变频荷载应力波为变频激光，而频率固定的荷载应力波为定频激光。
[0017]本发明又提供一种共振或亚共振摧毁方法，具体是一种利用应力波共振或亚共振摧毁方法，用于摧毁未知固有频率的物体，所述方法包括:对待摧毁物体同时施加两个或两个以上的荷载应力波，且这两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的荷载频率θn与θm之间相等或相近，使得两个或多个荷载应力波之间形成共振或亚共振状态，从而摧毁处于两个或多个荷载应力波的传播方向线的交点上的物体;所述共振是指频率θη=0?1，§卩两个荷载应力波的频率比值为011/0111=1，所述亚共振是指011/0111的比值范围在0.75?1.25间且不等于I。
[0018]在一种具体的实施方式中，两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的传播方向线的夹角α为0° <α < 30°，优选0° <α < 15°，更优选0° <α < 5° 0
[0019]本发明中，两个荷载应力波的传播方向线的夹角α尽可能地小，使得两路荷载应力波近于平行且朝向相同，有利于两个荷载应力波之间的对焦，即二者更容易成像重叠。
[0020]在一种具体的实施方式中，两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的频率可以单独计算并确定，从而获得定向摧毁和破坏的目的，且其频率比值为0.85 < Θη/ΘΜ <1.15,优选0.95 < Θη/ΘΜ <1.05,更优选θη/θη= I。
[0021]本领域技术人员可知的，两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波间除频率相等以外，优选其荷载值也相等，以此实现最强的共振摧毁状态。
[0022]本发明提供一种亚共振动力倍增方法，具体是一种利用应力波亚共振获得动力倍增的方法，包括设计或改变发动机的结构使得发动机的动力系数即放大系数β处于期望值，且使荷载频率Θ与固有频率ω的比值为0.75 < θ/ ω <1或I <θ/ ω < 1.25而使得发动机的亚共振状态为其正常工作状态，从而实现同等能耗下发动机的输出功率倍增或同等输出功率下大幅降低能耗的目的。
[0023]在一种具体的实施方式中，对发动机结构所做的改变包括增大发动机活塞行程以及改变凸轮形状以调节进气门与排气门的启闭时间。
[0024]在一种具体的实施方式中，所述发动机为动力装置，且具体为燃油发动机、燃气发动机或固体燃料发动机。
[0025]在一种具体的实施方式中，所述发动机为驱动装置，且所述发动机为气态驱动装置，液态驱动装置，电力、电磁、电场、磁场驱动装置，包括电子束、χ射线、激光中任意一种的高能量密度粒子束驱动装置或包括分子、电子、离子中任意一种的高速碰撞驱动装置。
[0026]所述发动机内用时我们称之为动力装置，所述发动机外用时我们称之为驱动装置，所述驱动装置例如涉及飞机叶片转动空气获得驱动力或轮船螺旋桨转动水获得驱动力。
[0027]在一种具体的实施方式中，所述荷载频率Θ与固有频率ω的比值为0.8< θ/ω <0.98或 1.02 < θ/ω < I.2，优选0.85 < θ/ω < 0.95或I.05 < θ/ω < 1.150
[0028]在一种具体的实施方式中，所述放大系数β为3?200，优选放大系数β为5?50。
[0029]在一种具体的实施方式中，所述方法还包括测定尚未改变结构的现有某型号的发动机的阻尼比ξ，根据其阻尼比ξ值与结构改变后的同型号发动机的阻尼比视为相等的原贝1J，再根据阻尼比ξ值及所需放大系数β值而计算得出结构改变后的发动机处于所需应力波亚共振状态下所需的θ/ ω值，再在应力波亚共振发动机运转过程中调节参数使得θ/ ω值保持恒定为所需θ/ω值;所述参数为频率值、相位差、时间差和距离差中的一种或多种。
[0030]在一种具体的实施方式中，在同一发动机上实现两级或多级应力波亚共振获得动力倍增，而以“更远离I的θ/ω值”获取更大的总放大系数β。
[0031]本发明还提供一种解除共振的方法，所述方法为提供第三路应力波用于解除已有的两路应力波之间已经发生的共振状态，发生共振状态的已有两路应力波的频率相等，而提供的第三路应力波的频率不等于已有两路应力波的频率。
[0032]本领域技术人员能理解的，当对于某装置来说，已有的发生共振的两路应力波分别为荷载应力波和固有应力波时，向装置施加一个频率与其差别显著的第三路应力波，且第三路应力波的荷载与所述荷载应力波相同或相近时，解除原共振的速度越快、效果越好。而对于某装置来说，已有的发生共振的两路应力波分别均为荷载应力波时，在已有的两路载荷应力波旁向装置施加一个频率与共振频率差别显著的第三路应力波，且第三路应力波的荷载确定为某优选值时，解除原共振的速度越快、效果越好。此外，本领域技术人员能理解地，用于解除共振的新增应力波不应限于一路，可以是同时新增第三路和第四路应力波以解除原有的共振状态，并依此类推可以增加多条应力波。另外，本领域技术人员能理解的，如果有必要的话，利用本发明所述解除共振的方法同样可以解除原有的亚共振状态。
[0033]本发明还提供另外一种解除共振的方法，所述共振为向待摧毁物体同时施加两个或两个以上的荷载应力波而产生的共振状态，所述解除共振的方法包括调整任意一路或多路载荷应力波的频率，使其频率与另一路频率不变的载荷应力波的频率不同，从而解除共振。
[0034]本领域技术人员能理解地，所述调整任意一路或多路载荷应力波的频率包括将其频率调为零，即关闭该路荷载应力波的情形。
[0035]本发明提供一种亚共振发动机，包括特定设计的活塞行程和凸轮形状使得发动机以处于亚共振状态为其正常工作状态;且发动机的一个气缸外还增设有一个由继电器控制的凸轮，以便及时解除所述亚共振发动机的共振状态。
[0036]综上所述，本发明首先提供一种共振或亚共振摧毁方法，所述方法包括先后使用变频荷载应力波和定频荷载应力波用于摧毁物体，或所述方法为使用两种以上频率相同或相似的荷载应力波共振或亚共振达到摧毁其传播方向线的交点上物体的目的。本发明还提供一种亚共振动力倍增方法，包括使得发动机的亚共振状态为其正常工作状态，从而实现同等输出功率下大幅降低能耗的目的。本发明还提供一种解除共振的方法，所述方法为提供第三路应力波用于解除已有的两路应力波之间已经发生的共振状态，且提供的第三路应力波的频率不等于已有两路应力波的频率。
[0037]本发明充分利用应力波间产生的共振和亚共振状态，分别实现共振或亚共振摧毁、亚共振动力倍增及解除共振的目的，解决了现有技术中存在的各个问题。
【附图说明】
[0038]图1为《结构力学》教科书中公开的辐频曲线图，
[0039]图2为本发明提供的激光打靶方法示意图。
【具体实施方式】
[0040]从刘金春主编的教科书《结构力学》中国建材工业出版社第一版(2003年8月)的第15章结构动力学303?305页(其中304页的图15-23幅频曲线即本发明中附图1)可知，动力系数即放大系数β仅与碰撞的两个应力波的荷载频率Θ、固有频率即自振频率ω、以及阻尼比ξ有关。在O <阻尼比ξ < I的范围内，θ/ω =1时荷载应力波与固有应力波之间发生共振，而当0.75 < θ/ω <1.25且θ/ω在I时，荷载应力波与固有应力波之间产生动力倍增状态，我们称之为亚共振状态。此时，若阻尼比ξ越小即其值越趋近于O时，在θ/ω =1的共振状态时，动力系数即放大系数β趋向于无穷大，而在0.75<θ/ω <1.25且θ/ ω在I的亚共振状态时，也是随阻尼比ξ越小即其值越趋近于O时，动力系数即放大系数β越大。对于发动机来说，某个状态的阻尼比值ξ是可以测算得到的，本发明中利用发动机的亚共振状态，根据我们需要功率倍增的倍数可以从图中查询得知我们需要发动机保持的亚共振状态下的θ/ω的具体值。并通过调整参数而使得其运行常态下θ/ω为该值。例如，对某发动机来说，根据对其阻尼比值ξ的测算可知，若需要获得50倍的放大系数β，则需要使得θ/ω =0.95。
[0041]现有技术的教导都只给出尽量在发动机中避免共振状态，而并未有人尝试开发一种亚共振状态为运行常态的发动机。如上述《结构力学》第305页中指出:然而，即使由于ξ的影响β不会增加到无穷大，但其值还是很大，特别是阻尼比较小时，共振现象的产生是很危险的，有可能导致引起结构本身的破坏。因此，在实际工程，特别是大型重要结构的设计中，应注意通过调整质量和刚度的分布来控制结构的自振频率ω，或增加阻尼，减少振动幅值或是采取措施减少振源对结构体系的影响。
[0042]另外，本领域技术人员可知的，当发动机例如柴油机向下做功时选θ/ω=0.85，贝Ij它与柴油机向上做功时选θ/ω =1.15具有相同的动力倍增效果，而柴油机向左做功时选Θ/ω =0.95，则它与柴油机向右做功时选θ/ ω = 1.05具有相同的动力倍增效果。
[0043]实施例1
[0044]实施例1的目的是得到一种亚共振柴油机且在该柴油机中使用一种新方法解除其共振状态。
[0045]用于新发动机研发的现有“普通柴油机”为290柴油机，即含双缸且每缸的直径为90mm，其活塞行程均为118mm。该“普通柴油机”在正常运转时其θ/ω值远离I因而与共振或亚共振无关。只有在该柴油机出现飞车情况时，尤其是在对该“普通柴油机”更换一种新的燃料后更容易出现飞车情况，此时“普通柴油机”中才会出现共振或亚共振的飞车状态。关于共振现象，现有的解决方式是主动隔振和被动隔振法(见上述《结构力学》第305页)，具体到柴油机中，通常采用及时断油或阻断空气的方法来解除共振而导致的飞车现象。
[0046]本实施例提供的“亚共振柴油机”是在上述“普通柴油机”的基础上，通过测算“普通柴油机”的阻尼比ξ，以及根据所需要放大的动力倍数50倍而知晓活塞行程需要加长的长度，再根据阻尼比ξ与放大系数β而得出θ/ω的所需值。具体在本例中，通过将各活塞的活塞行程均由118mm改为168mm，并相应改变凸轮形状以调节进气门与排气门的启闭时间而得到“亚共振柴油机”。对所述凸轮形状的改变(改变前后各应为什么形状)是本领域技术人员知晓的内容。所述“亚共振柴油机”的正常运转状态是处于亚共振状态的，其θ/ω控制在0.95，因而在同等输出功率下，耗用的柴油和空气的量均为原耗费量的1/50，也就是说在“普通柴油机”中燃烧50L柴油所得到的输出功率与在该“亚共振柴油机”中燃烧IL柴油所得到的输出功率相等。
[0047]具体地，怎样使得柴油发动机在单动力荷载应力波(其频率为Θ)的作用下获得动力倍增的方法包括如下步骤:
[0048]首先，在改装前的290柴油机上实施步骤a?d以测定该型号柴油机的阻尼比ξ值。
[0049]a:首先对单动力荷载应力波进行选择，使其满足周期性应力波要求(周期性地振动，例如转速恒定时)且荷载频率Θ恒定或Θ按一定规律变化；
[0050]b:对动力结构(柴油机)的固有应力波进行选择，同样使其满足周期性应力波要求且固有频率ω恒定或ω按一定规律变化；
[0051 ] c:步骤a的荷载应力波及步骤b的动力结构固有应力波相互匹配，S卩0.75 < θ/ω <1.25，且优选0.85 < θ/ω < 1.15，匹配时应该二者同时考虑；
[0052]d:把匹配好的动力结构(普通的290柴油机)的阻尼比ξ进行测定。
[0053]目前阻尼比ξ很难通过计算得出，因而一般需要使用此方法测定。因为对290柴油机的活塞加长及凸轮形状改变的改装后的新柴油机的阻尼比ξ值与改装前的290柴油机的阻尼比ξ值一致，因而对改装后的柴油机实施步骤e?f即可实现其处于动力倍增的正常运转状态。
[0054]e:根据步骤d中测得的阻尼比ξ值以及我们需要的动力放大系数β(根据所需的放大系数β而确定活塞行程应加长的长度值以及凸轮形状应做的相应调整均属本领域技术人员可知的范畴)，并用附图1或相应的公式求出荷载频率与固有频率的频率比值θ/ω应该为多少；
[0055]f:激波或激震:恒动力荷载(改装后的柴油机带动的荷载恒速转动时得到频率恒定的荷载应力波)对能够产生应力波的动力结构(改装后的柴油机)作用，生成动力结构固有应力波，这一过程称为激波或激震；
[0056]g:荷载应力波与固有应力波两波碰撞后作功:在改装后的柴油机中，激波或激震后新柴油机在亚共振状态下稳定运转，即稳定地以倍增动力输出状态运转。
[0057 ]本发明的方法是利用恒动力荷载对动力结构作用获得应力波，再与恒动力荷载本身的应力波碰撞，得到放大后的应力和放大后的位移做功产生的动力，从而得到倍增动力。因为固定的动力放大系数β得到的放大应力及放大位移是恒定的。所以，只要在原动力装置中增加放大位移量后，就完成了一个周期的作功，从而达到了动力倍增的目的。
[0058]另外，因为改装后的“亚共振柴油机”的正常运转状态是机器处于亚共振状态，因而该“亚共振柴油机”相比“普通柴油机”来说，更容易出现不可控的共振飞车情况。如果仅使用现有技术中的方法来解除该“亚共振柴油机”的共振状态，例如及时断油或断气，则无疑会影响所述“亚共振柴油机”的稳定性和效率。本发明的发明人通过多次研究，开发出一种新的方法以解除“亚共振柴油机”中出现的非正常状态(共振状态)。具体是通过在所述“亚共振柴油机”的一个气缸外增加一个由继电器控制的凸轮，它能产生一种频率与“亚共振柴油机”的荷载频率Θ和固有频率ω均不同也不接近的应力波，使得新增应力波能干扰原来“荷载应力波”与“固有应力波”之间产生的共振状态，从而及时地轻松地解除二者的共振状态。
[0059]也就是说，本发明提供的发动机(柴油机)中应用了两种技术使得该发动机的正常工作状态为亚共振状态。一个是通过测算后将该柴油机的θ/ ω值控制在0.75?1.25且不取I的亚共振状态，另一个是通过新增一路应力波(振动)来解除原有的偶然出现的共振状态。也就是说本发明通过对发动机结构的设计使得其尽量不产生共振或及时消除共振的情况下保持在亚共振状态下运转，为节约能源提供了一种全新的方法。
[0060]本发明中，具体的θ/ω值的调节方法，可以使用本领域技术人员公知的方法调节，如调整频率值、相位差、时间差和距尚差等方法都可以获得同一频率比θ/ ω值。
[0061 ]本领域技术人员能理解的，当柴油机为单缸柴油机时，把其单缸的活塞行程加长即可。而当柴油机为多缸柴油机时，应把其多缸的活塞行程同步加长。但只需在其任意一个气缸外侧增加一个由继电器控制的凸轮来产生第三应力波以解除原共振状态即可。
[0062]经过本发明提供的亚共振动力倍增方法对发动机进行改进或重新设计制备，并通过控制θ/ω值在一定范围，使得发动机以亚共振状态为正常工作状态。例如亚共振柴油机在θ/ω =0.95时能实现同等能耗下发动机的输出功率倍增50倍的效果，或同等输出功率下大幅降低能耗(原来用50L柴油时，使用本发明方法只需使用IL柴油)的目的。本发明中避免了 “亚共振柴油机”出现共振状态，因而柴油机的结构稳定性并不会受到影响。当将“普通柴油机”改装成“亚共振柴油机”时，只需将“普通柴油机”的活塞行程相应加长且改变凸轮形状以调节进气门与排气门的启闭时间即得到“亚共振柴油机”。本发明中，因为“普通柴油机”与“亚共振柴油机”的输出功率设定为相同，因而本发明的一个【具体实施方式】中是柴油消耗量降低50倍。也因为“普通柴油机”与“亚共振柴油机”的输出功率相等，因而构成这两种柴油机的结构材料可以完全相同，无需改变柴油机所用钢材或其它材质配件的强度。以“普通柴油机”改装后的“亚共振柴油机”完全可以长期承受其亚共振状态。但因为θ/ω值越接近于I时，发动机越容易出现共振状态，而共振状态却是需要一直避免的。而θ/ω值越远离I时，动力倍增的倍数越低。因此，荷载频率Θ与固有频率ω的比值优选为0.8<θ/ω <0.98或 1.02 < θ/ω < 1.2，更优选0.85 < θ/ω < 0.95或I.05 < θ/ω < 1.150
[0063]此外，对于本发明所述亚共振发动机来说，除了通过调整频率比θ/ω值使其越接近于I而获得越大的放大系数β以外，还可以通过多级动力倍增的方法获得更大的放大系数β。例如第一级放大20倍，相应的θ/ω值为0.9，第二级的输入以第一级的输出为基础再放大20倍，其相应的θ/ ω值同样为0.9，因而可得到放大400倍的动力倍增。且每一个θ/ ω值均与θ/ω= I的共振状态相距较远(0.9与I的差距大，而0.95与I的差距小)，因而不容易发生共振状态。即本发明通过将前个周期获得的放大后的应力再作为下一个周期的初始荷载力，产生更大的应力波，得到更大的应力和位移，从而获得更大的动力放大系数，也就是通过调整应力波碰撞次数(级数或周期)获得更大的功率输出。但两级亚共振柴油机与单级亚共振柴油机的结构不同，两级亚共振柴油机总的动力倍增倍数为400时，显然其需要更大得多的活塞行程，且凸轮形状需要相应再次改变。
[0064]另外，本发明还可以拓展提供一种多波间亚共振出现动力倍增的方法，例如对汽油发动机来说，现在的汽油机有双缸、四缸、六缸、八缸等多种，我们只需使得其中两个气缸的固有频率设定为频率比值稳定在0.95，则能获得50倍的动力倍增输出。虽然发动机的装置材料决定了它不能承受频率比为I的共振状态，但频率比为0.9?0.95的动力倍增状态却是装置能长久承受的。
[0065]实施例2
[0066]本实施例提供一种单光源激光进行激光碎石或激光打靶以及一种双光源激光进行激光碎石或激光打靶的方法。
[0067]本领域中，对已知固有频率的物体已经有相应的共振摧毁方法。例如对已知固有频率的飞机，可以对其施加与其固有频率ω相等的荷载频率Θ的激光，使得荷载应力波与固有应力波相等从而发生共振摧毁飞机。或者是在激光碎石领域，当结石的固有频率已知(或大致在该范围)时，可以直接使用与其频率相等的激光与结石产生共振而迅速将结石摧毁。而若该结石的固有频率未知且与施加的激光的频率不一致(频率相差较大)时，则不能出现共振或亚共振状态，而仅能利用激光光子本身的定向破坏力。因此，这时候往往需要经过多次碎石方见成效。例如现有的激光碎石一般采用波长为2.Ιμπι，即频率固定的脉冲式钬激光进行碎石，因而某些患者的激光碎石手术可能要进行多次。且本领域的技术人员一般都未考虑到不同的结石其固有自振频率ω之间有差异。
[0068]针对该问题，本发明提出了两种不同的共振或亚共振摧毁方法。一种是单荷载的变频应力波(单路变频激光)先找出待摧毁物体(不明飞行物或结石)的固有频率，再施加定频应力波(频率固定的激光，或以频率变化范围幅度很小的变频激光等同代替)与待摧毁物体发生共振或亚共振而将物体摧毁。另一种方法是直接对待摧毁物体施加双荷载的定频应力波，这两路定频应力波间发生共振或亚共振而摧毁其交点上的物体。因变频电源的发明使得变频应力波如变频激光成为现有技术中的已知内容，本发明的发明人使用变频激光先找到结石的固有自振频率，再在动力倍增状态下将结石摧毁，如果考虑到生物体如人体内可能无法承受共振状态下的剧烈破碎效应，则可以通过精细化设计使得摧毁在精确的某频率比的亚共振状态下进行。具体地，在本发明第一种共振或亚共振摧毁方法中，例如用于激光打靶，在对固有频率未知的外来飞行器进行激光打靶时，可以先对该外来飞行器施加一个变频的荷载应力波(变频激光)，若变动到荷载频率为θχ时，荷载应力波与外来飞行器之间出现亚共振或共振状态，即外来飞行器产生了固有应力波，因此而可得知外来飞行器的固有频率ω，其值与荷载频率θχ相等或相近，再利用频率恒定为θχ或与θχ相近的频率的荷载激光施加在所述外来飞行器上，使得二者共振(或亚共振)而达到摧毁外来飞行器的目的。该方法用于激光碎石的原理是相同的。而在本发明的第二种共振或亚共振摧毁方法中，例如用于激光打靶，则直接对外来飞行器同时施加两路近乎平行的激光，两路激光的光源尽量靠近，二者均指向所述外来飞行器，两路激光的频率相等而产生共振从而摧毁所述外来飞行器。所述方法的示意图如图2所示。
[0069]实施例3
[0070]本实施例提供应用双荷载应力波间实现共振而摧毁处于其交点上物体的方法的另一个实施例。具体是双光源均经凸透镜聚焦后产生共振，所产生的能量用于加热石头等高熔点物质。
[0071]在太阳光下，使用一片凸透镜聚焦太阳光时，在其焦点上放置的纸片容易燃烧，但焦点上放置的石头等物质的加热速度较慢。
[0072]在同样的太阳光下，同一平面上设置两片相同的凸透镜聚焦太阳光，两片凸透镜间尽量靠近以便于对焦，两路太阳光产生了共振，在其共同的焦点区域放置纸片能迅速燃尽，放置的石头的温度上升速度非常快，甚至能达到将石头熔化的效果。
[0073]实施例4
[0074]本实施例中将本发明提供的双荷载应力波实现共振或亚共振摧毁的方法应用于爆炸领域可以大幅节约炸药用量。
[0075]现有的爆炸领域中一般是使用密布的炸药包去将隧道岩土等物质破开，设计其炸药包位置时一般只考虑了单个炸药包的爆炸量以及多个炸药包的协同效率，而并未针对每两个炸药包之间做出其固有频率考察和应力波计算。因此，现有的爆破中，有的区域出现了共振或亚共振状态因而该爆破区域出现了粉碎性爆破的结果，而另外的很多区域却只发挥了单个炸药包自身的作用力因而其爆破效果有限。
[0076]本发明考虑到爆破的应力波曲线为频率不变而振幅衰减的周期变化曲线，通过设计每两个相邻炸药包间的应力波频率的比值，具体是通过设计和计算其位置差、时间差和相位差等参数使得二者间在爆破时形成共振或亚共振状态，达到能量倍增输出(或大幅节约炸药量)以及精准地定向爆破的效果。考虑到每个炸药包起炸时会相互影响，设置位置临近的炸药包间固有频率相差较大会使得已产生的共振或亚共振状态被迫解除，因而本发明提供的方法需要对每个炸药包(或者相互影响的区域内的所有炸药包)的起爆时间及其固有频率均做出精准的计算。最终达到本发明提供的方法用于工程爆破可成百上千倍地缩减炸药用量的效果。
[0077]除了上述实施例中提供的应用以外，本发明提供的方法还可以在其它领域得到充分应用，只要涉及力学和运动学的领域都可能可以使用本发明所述方法。例如:
[0078]I)应用于物体内部的分子、原子、电子、离子等领域，如粒子加速器中。
[0079]2)应用于柴油发动机、汽油发动机或航空发动机等发动机领域，用于机器的制备以及改装，并最终实现大幅节约能源的目的。
[0080]3)应用于电力磁场领域:如磁场、电流、激光、爆炸冲击波的本质也都是荷载应力波，电机可以产生荷载应力波。
[0081]总的说来，通过本发明提供的应力波碰撞方法，可以将现有的诸多设备稍加改进，即可实现在输出功率不变的情况下，大大降低装置的能源消耗。
[0082]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种共振或亚共振摧毁方法，具体是一种利用应力波共振或亚共振摧毁方法，用于摧毁未知固有频率的物体，所述方法包括如下步骤: 1)对固有频率ω未知的待摧毁物体施加荷载频率在Θ1?Θ2的变频荷载应力波，激发所述待摧毁物体产生固有应力波，即Θ1?Θ2中某个荷载频率Θ与待摧毁物体的固有频率ω相同或相近而使荷载应力波与固有应力波二者达到共振或亚共振状态;若频率为Θ1?Θ2的变频荷载应力波未能激发待摧毁物体产生固有应力波，则调整荷载应力波的频率范围至Θ3?Θ 4重新试验而使得待摧毁物体产生固有应力波； 根据待摧毁物体产生固有应力波时所施加的荷载应力波的频率值或范围而得知待摧毁物体的固有频率ω ； 2)对所述待摧毁物体施加频率固定的荷载应力波，其荷载频率Θ与其固有频率ω相等或相近，使得施加的荷载应力波与待摧毁物体间形成共振或亚共振而摧毁所述物体； 其中所述共振是指荷载频率Θ与固有频率即自振频率ω相等，而所述亚共振是指荷载频率Θ与固有频率ω的比值范围在0.75?1.25间且不等于I。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，对待摧毁物体施加的荷载应力波为激光，SP变频荷载应力波为变频激光，而频率固定的荷载应力波为定频激光。3.一种共振或亚共振摧毁方法，具体是一种利用应力波共振或亚共振摧毁方法，用于摧毁未知固有频率的物体，所述方法包括:对待摧毁物体同时施加两个或两个以上的荷载应力波，且这两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的荷载频率θη与9?之间相等或相近，使得两个或多个荷载应力波之间形成共振或亚共振状态，从而摧毁处于两个或多个荷载应力波的传播方向线的交点上的物体;所述共振是指频率θη=θη，即两个荷载应力波的频率比值为θη/θη= I，所述亚共振是指0?/0』勺比值范围在0.75?1.25间且不等于14.根据权利要求3所述方法，其特征在于，两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的传播方向线的夹角α为0° <α < 30°，优选0° <α < 15°，更优选0° <α < 5° 05.根据权利要求3所述方法，其特征在于，两个荷载应力波或多个荷载应力波中的任意两个荷载应力波的频率可以单独计算并确定，从而获得定向摧毁和破坏的目的，且其频率比值为0.85 < 0n/0m < I.15，优选0.95 < 0n/0m < I.05，更优选0n/0m= I。6.一种亚共振动力倍增方法，具体是一种利用应力波亚共振获得动力倍增的方法，包括设计或改变发动机的结构使得发动机的动力系数即放大系数β处于期望值，且使荷载频率Θ与固有频率ω的比值为0.75 < θ/ ω < I或I < θ/ ω < 1.25而使得发动机的亚共振状态为其正常工作状态，从而实现同等能耗下发动机的输出功率倍增或同等输出功率下大幅降低能耗的目的。7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，对发动机结构所做的改变包括增大发动机活塞行程以及改变凸轮形状以调节进气门与排气门的启闭时间。8.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述发动机为动力装置，且具体为燃油发动机、燃气发动机或固体燃料发动机。9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述发动机为驱动装置，且所述发动机为气态驱动装置，液态驱动装置，电力、电磁、电场、磁场驱动装置，包括电子束、X射线、激光中任意一种的高能量密度粒子束驱动装置或包括分子、电子、离子中任意一种的高速碰撞驱动目.010.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述荷载频率Θ与固有频率ω的比值为0.8< θ/ω <0.98 或 1.02S θ/ω < I.2，优选 0.85 < θ/ω < 0.95或 I.05 < θ/ω < 1.15011.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述放大系数β为3?200，优选放大系数β为5?50。12.根据权利要求6或7所述方法，其特征在于，所述方法还包括测定尚未改变结构的现有某型号的发动机的阻尼比ξ，根据其阻尼比ξ值与结构改变后的同型号发动机的阻尼比视为相等的原则，再根据阻尼比ξ值及所需放大系数β值而计算得出结构改变后的发动机处于所需应力波亚共振状态下所需的θ/ω值，再在应力波亚共振发动机运转过程中调节参数使得θ/ω值保持恒定为所需θ/ω值;所述参数为频率值、相位差、时间差和距离差中的一种或多种。13.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在同一发动机上实现两级或多级应力波亚共振获得动力倍增，而以“更远离I的θ/ω值”获取更大的总放大系数β。14.一种解除共振的方法，所述方法为提供第三路应力波用于解除已有的两路应力波之间已经发生的共振状态，发生共振状态的已有两路应力波的频率相等，而提供的第三路应力波的频率不等于已有两路应力波的频率。15.—种解除共振的方法，所述共振为向待摧毁物体同时施加两个或两个以上的荷载应力波而产生的共振状态，所述解除共振的方法包括调整任意一路或多路载荷应力波的频率，使其频率与另一路频率不变的载荷应力波的频率不同，从而解除共振。16.—种亚共振发动机，包括特定设计的活塞行程和凸轮形状使得发动机以处于亚共振状态为其正常工作状态;且发动机的一个气缸外还增设有一个由继电器控制的凸轮，以便及时解除所述亚共振发动机的共振状态。
【文档编号】F02B77/08GK105865274SQ201610190209
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】杨铖, 张立华, 彭杰
【申请人】杨铖, 张立华, 彭杰