Демпфирующие устройства — Энциклопедия по машиностроению XXL
Критерий оптимальности сельсина выбран исходя из наиболее важных для функционирования индикаторных сельсино-приемников показателей погрешности слежения и времени успокоения в дистанционной передаче. Эти показатели определяют класс точности сельсинов. Обычно для сельсинов рассматриваемой конструкции. требуемое время успокоения обеспечивается при необходимости внешними демпфирующими устройствами. Количественная оценка точности слежения затруднительна из-за ряда факторов, не поддающихся расчету с необходимой точностью (реактивные моменты, технологический разброс размеров и т. п.). В то же время известно, что увеличение удельного синхронизирующего момента во всех случаях приводит к повышению точности слежения. Поэтому за критерий оптимальности принят статический удельный синхронизирующий момент Ма При работе от однотипного датчика. [c.203]Примечание. При применении упругих звездочек или демпфирующих устройств табличное значение коэффициента следует умножить на 0,75.
В заключение отметим, что в технике нередко применяют устройства, увеличивающие затухание возникающих колебаний,— демпферы. Например, таким демпфирующим устройством являются амортизаторы, устанавливаемые на автомобилях и предотвращающие раскачивание кузова автомобиля на рессорах при езде по неровной дороге. [c.185]
Демпфирующие устройства и упругие элементы снижают скорость прецессии гироскопа вокруг оси его прецессии, а следовательно, и величину гироскопического момента, действующего на» платформу. При этом моменты внешних сил в индикаторно-силовых гиростабилизаторах в основном уравновешиваются моментами, развиваемыми двигателями разгрузочного устройства гироскопы же превращаются в индикаторные приборы, лишь измеряющие отклонение или угловую скорость отклонения платформы гиростабилизатора от заданного направления.
Неравномерная подача рабочей жидкости в гидроцилиндр Ход цилиндра ограничивается ходом исполнительного органа, демпфирующее устройство не успевает вступить в работу [c.145]
Неисправно демпфирующее устройство [c.145]
Воздушные провода линий электропередач, подверженные действию ветра, непрерывно находятся в состоянии вибрации, вызывающей в материале проводов переменные напряжения, что приводит к их изломам. Чтобы провода не ломались, их поверхность необходимо предохранять при монтаже. Конструкция зажимов проводов должна исключать трение и удары проводов об их край, а также резкие изменения направления провода внутри и при выходе его из зажима. При помощи демпфирующих устройств вибрация проводов должна быть максимально уменьшена. Провода нужно прокладывать в местах, защищенных от ветра или влияния атмосферы. У изделий из алюминия, а также чистой меди, длительно нагруженных при обычной температуре даже ниже предела текучести, деформация увеличивается. Это явление носит название ползучести, или крипа. Механические и электрические свойства некоторых сплавов приведены в табл. 28.
Работа вала в закритической области возможна, но для прохождения через критические частоты опоры должны иметь демпфирующие устройства для гашения колебаний. [c.245]
Золотниковый предохранительный клапан с демпфирующим устройством показан на рис. V.5. [c.109]
Схема золотникового дифференциального клапана с демпфирующим устройством приведена на рис. V.6. [c.110]
В большинстве случаев зависимость между силой F и упру гой деформацией х в соответствии с законом Гука для метал лов принимается линейной (прямая / на рис. 55, а), т. е. коэффициент жесткости с считается постоянной величиной. Однако для резины коэффициент жесткости возрастает с увеличением силы F, и тогда характеристика F x) называется жесткой (кривая 2 на рис.
55, а). Такую же характеристику имеют упругие силы, действующие на элементы высших пар, так как при точечном или линейном контакте рабочих поверхностей контактная жесткость возрастает с ростом нагрузки. Мягкую характеристику (кривая 3 на рис. 55, а) часто имеют звенья, выполненные из полимеров. Кроме того, иногда для получения требуемых динамических характеристик вводят в состав механизма специальные демпфирующие устройства и конические пружины с нелинейными характеристиками типа кривых 2 я 3.
[c.187]С увеличением виброзащитных свойств сидений их стоимость повышается, так как возрастают требования к качеству изготовления и точности сборки и подвески, к материалам шарнирных пар направляющего механизма, стабильности характеристик демпфирующих устройств. Виброзащитные свойства сидений определяются прежде всего динамическим ходом подвески с возрастанием динамического хода видоизменяется конструкция направляющего механизма от простейших шарнирных пар в группе 2 до направляющих механизмов, обеспечивающих плоскопараллельное (параллелограммный направляющий механизм) или чисто вертикальное перемещение (X-образный направляющий механизм) в группах 4 и 5. Промежуточное положение занимает направляющий механизм так называемого типа макферсон , часто применяющийся в сиденьях группы 3 с малым динамическим ходом 30. .. 35 мм.
Конструктивное выполнение простого тормоза, снабженного демпфирующим устройством 1, смягчающим толчки при замыкании и размыкании, показано на фиг. 115. [c.187]
На основании приведенных соображений в пневмогидравлических системах энергия сжатого воздуха используется для преодоления всех полезных и вредных сопротивлений, а гидравлические устройства предназначаются для выполнения функции регулирования в качестве регуляторов движения (тормозные или демпфирующие устройства и т. д.). [c.226]
В механизмах силы сопротивления чаще всего представляют собой силы трения, возникающие в кинематических парах и неподвижных соединениях деталей.
В последнем случае речь идет о так называемом конструкционном демпфировании, возникающем на площадках контакта деталей при колебаниях, например в стыках, в резьбе и т, п. [20, 47, 52, 63]. Иногда природа сил сопротивления связана с видом демпфирующего устройства, специально предназначенного для увеличения диссипативных свойств системы. Такие устройства могут быть фрикционными, гидравлическими, пневматическими.
[c.39]
Наконец, в этой части работы приводятся сведения, касающиеся структурных схем механизмов с упругими связями, конструкций и основных характеристик упругих связей, возбудителей колебаний, специальных демпфирующих устройств и демпфирующих свойств механизмов с упругими связями (глава 3).
Вместе с тем для обширной группы измерительных приборов самого различного назначения, а также весовых устройств и др. требуются специальные дополнительные демпфирующие устройства. Мы выбрали именно такой пример. Как видим, с осью прибора связан поршенек 8 воздушного демпфера 10. При своем движении поршенек [c.108]
Однако при наличии в составе механизма большого числа кинематических пар, специальных демпфирующих устройств и т. д. трение может существенно влиять на движение механизма. [c.192]
Недостатками этого измерительного средства являются громоздкость и относительная сложность конструкции измерительной оснастки датчики крайне чувствительны к вибрациям и требуют постановки демпфирующих устройств. Кроме того, жесткая связь датчика с измерительной оснасткой, которая может находиться в зоне обработки, требует надежной герметизации его. [c.23]
Эта книга предназначена для тех, кто занимается решением проблем колебаний и шума, возникаюш,их в самых разных отраслях машиностроения и строительстве. Инженеры, чья деятельность непосредственно связана с автомобильной, аэрокосмической, судостроительной промышленностью, а также иными отраслями машиностроения, найдут здесь не только много практических сведений, но и строгие теоретические выкладки, которые могут служить основой для применения промышленных приемов демпфирования в новых, еще неизвестных ситуациях.
Демпфирование колебаний с помощью вязкоупругих демпфирующих материалов превратилось в последние годы из специального приема, предназначенного для решения трудных и многоплановых задач в некоторых военных аэрокосмических системах, в широко используемый, часто недорогой, метод, связывающий конструкционные и функциональные подходы, особенно необходимый при решении проблем звуко- и виброизоляции в таких отраслях промышленности, как автомобильное,, в том числе и дизельное двигателестроение, строительство, производство ЭВМ и транспортных систем. Авторам приходилось непосредственно сталкиваться с самыми разными сторонами указанных проблем, поэтому многое из того, что приведено в данной книге, является результатом их собственных исследований в этой новой области и опыта применения демпфирующих устройств в реальных конструкциях.
В гл. 1 обсуждаются основы теории колебаний и виды демпфирования. В гл. 2 и 3 вводятся основные понятия о том, как описывается явление демпфирования, причем особое внимание уделяется вязкоупругому демпфированию, определяющему поведение полимерных и стекловидных материалов, а также эластомеров. В гл. 4 описывается влияние вязкоупругого демпфирования на динамическое поведение конструкций, причем основной упор сделан на описании важного для практики случая системы с одной степенью свободы. В гл. 5 рассматривается тот же вопрос применительно к исследованию влияния дискретных демпфирующих устройств типа настроенных демпферов на динамическое поведение конструкции. В гл. 6 описано влияние обширного класса демпфирующих устройств типа систем с поверхностными покрытиями или слоистой структурой, в гл. 7 приведены диаграммы для определения комплексных модулей упругости для большого числа интересных с точки зрения конструктора материалов. В каждую главу включены иллюстрации, примеры и случаи из практики, с тем чтобы показать читателю, как можно использовать теорию и справочные данные при решении практических задач подавления колебаний и шумов.
[c.9]Это выражение существенно проще, чем (1.7), но здесь требуется выполнить некоторые преобразования, с тем чтобы разделить действительную (Wd) и мнимую Wq) части W. Когда демпфирующее устройство в виде пружины с комплексным коэффициентом жесткости A(l + tTi) прикрепляется, как уже говорилось выше, в точке х = I, то не представляет большого труда записать решение. Уравнение движения в этом случае имеет вид
Одним из наименее ясных моментов в проектировании демпфирующих устройств является определение уровня демпфирования, который действительно необходим для решения стоящей задачи. Этот вопрос нельзя решить до тех пор, пока не известно, какое демпфирование присутствует в самой конструкции. Определение этого начального демпфирования очень важно, потому что все усовершенствования связаны с этой характеристикой. Для пояснения сказанного рассмотрим различие между реакциями так называемых составных конструкций и конструкций сварных или цельных, т. е. не имеющих соединений. [c.40]
Обычный подход, когда в конструкциях применяются демпфирующие устройства, позволяет оптимизировать систему только по максимуму демпфирования. В подобном подходе, хотя и правильном с точки зрения оптимального демпфирования, не учитывается то обстоятельство, что при присоединении к конструкции демпфирующих устройств или встраивании их в конструкцию могут изменяться и другие параметры, характеризующие формы колебаний. Поэтому зачастую оказываются существенными изменения всех трех параметров — коэффициента потерь, массы и жесткости — и следует попытаться оптимизировать демпфирующее устройство по всем трем параметрам, а не по одному из них. В зависимости от природы задачи и вида реакции конструкции следует оптимизировать различные параметры. Сказанное будет проиллюстрировано на двух примерах, в одном из которых возбуждение передается на конструкцию [c.42]
С демпфированием (а следовательно, и способность демпфирующих устройств поглощать вредную энергию колебаний) существенно зависит как от температуры, так и 6т частоты колебаний.
Поэтому ясное понимание существа воздействия как отдельных, так и комбинированных указанных факторов на демпфирующие свойства оказывается очень важным при конструировании специальных устройств. Наиболее важными внешними факторами
[c.106]
Дискретные демпфирующие устройства [c.206]
Одним из методов улучшения демпфирующих свойств конструкции является установка одного или нескольких настроенных демпфирующих устройств. Такими демпфирующими устройствами могут быть, например, некоторая система с одной степенью свободы, состоящая из массивных тел, соединенная с вязкоупругим элементом [5.1] или вязкоупругим демпфером [5.2—5.5], резонансная балка с вязкоупругим демпфированием [5.6—5.9], настроенная вязкоупругая связь, соединяющая раз- [c.206]
Дискретные демпфирующие устройства 207 [c.207]
Устройства, рассматриваемые в этой главе, отличаются от слоистых демпфирующих покрытий, обсуждаемых в последующих главах, тем, что в настроенных демпфирующих устройствах поглощенная энергия определяется локальным перемещением в конструкции, тогда как в слоистых демпфирующих покрытиях она зависит от поверхностных деформаций. Таким образом, в конструкциях с наибольшими поверхностными деформациями, включающих неплоские элементы, как это имеет место в конструкциях типа пространственных рам в больших антеннах или в сильно искривленных элементах, настроенный демпфер может оказаться более приемлемым, чем иные способы демпфирования. Главными предпосылками для того, чтобы система с одной степенью использовалась как настроенный демпфер, являются возможность установки такого демпфера в точке с большими динамическими перемещениями и наличие либо единственной резонансной частоты, либо группы резонансных частот с одинаковыми значениями энергии деформаций [5.2]. Кроме того, настроенный демпфер может быть спроектирован таким образом, что он будет иметь несколько резонансов, которые обычно возникают для достаточно хорошо разделенных частот колебаний, и поэтому он может обеспечивать демпфирование в широком диапазоне частот колебаний конструкций.
[c.207]
Дискретные демпфирующие устройства 213 [c.213]
Дискретные демпфирующие устройства 215 [c.215]
В и б р о и 3 о л я т о р, или ам(5ртизатор, — элемент виброзащит-ной системы, наиболее существенная часть которого — упругий элемент. В результате внутреннего трения в упругом элементе происходит демпфирование колебаний. Кроме того, в ряде конструкций амортизаторов применяют специальные демпфирующие устройства для рассеяния энергии колебаний. Динамические характеристики амортизатора существенно зависят от его статических характеристик, причем и те и другие являются нелинейными. Нелинейность характеристик амортизатора определяется рядом причин нелинейными свойствами упругого элемента (например, резины), внутренним трением в упругом элементе, наличием конструктивных особенностей амортизатора типа ограничительных упоров, демпферов сухого трения, нелинейных пружин и т. д. На [c.275]
Особенностью схемы бесхвостка является существенный вклад в создание подъемной силы аппарата органов управления, определяемый величиной Уд ба. Для такого аппарата характерно отсутствие скосов потока, снижающих эффективность рулей и крыльев. Использование рулей на горизонтальных крыльях делает более надежным управление по крену, так как исключается возможность обратного влияния крена. Статическая устойчивость практически независима от движения по тангажу, рысканию и крену. Летательные аппараты, выполненные по схеме бесхвостка , могут иметь неуправляемое оперение, расположенное как впереди, так и позади центра масс. Необходимость в таком оперении возникает при стремлении улучшить характеристики устойчивости и демпфирования. На рис. 1.13.6,6 показано, что летательный аппарат имеет в носовой части неподвижные поверхности 3, выполняющие функции дестабилизаторов, которые уменьшают чрезмерную статическую устойчивость, придаваемую сильно развитой хвостовой несущей поверхностью.
Дестабилизатор одновременно играет роль демпфирующего устройства. Кроме того, отсутствие изолированного управляющего оперения уменьшает лобовое сопротивление. По этой же причине крыло не испытывает неблагоприятного воздействия скоса потока.
[c.117]Несмотря на применение демпфирующих устройств, плунжер клапана совершает колебания, вызывая периодические изменения давления в системе. Этим недостатком страдают все прямодействующие клапа-ны. Для стабилизации давления применяют универсальные предохранительные клапаны с серводействием, которые при определенном подключении в системе и соответствующей настройке пружины могут быть использованы и как переливные или подпорные. [c.360]
ЛИТОЙ, сварной или кованой конструкций из алюминиевых, титановых, магниевых сплавов или других материалов с отверстиями на рабочей поверхности для крепления монтажного приспособления или непосредственно испытуемого изделия. Конструкция ударной платформы должна обеспечивать передачу воспроизводимого ударного нагружения на испытуемое изделие с минимальными искажениями, поэтому форму и размеры ее выбирают из условий максимальной прочности и жесткости. У кованых ударных платформ по сравнению с литыми или сварными конструкциями более высокие собственные резонансные частоты, их применяют, если необходимо воспроизводить ударные импульсы с малыми длительностями переднего фронта и большими ударными ускорениями. Если ударная платформа подвижная, то она имеет встроенные пневматические электромагнитные стопорные устройства, предназначенные для удержания ударной платформы с испытуемым изделием на заданной высоте, а также для предотвращения повторного удара платформы после отскока в случае воспроизведеиия одиночного ударного воздействия. Обычно применяют электромагнитное стопорное устройство, однако при обесточивании ударного стенда срабатывает стопорное устройство пневматического типа и удерживает ударную платформу от непредвиденного падения. Если ударная платформа неподвижна до начала ударного воздействия, то в ударной установке должно быть предусмотрено демпфирующее устройство, предназначенное для гашения скорости ударной платформы после удара.
Ударная наковальня представляет собой массивную конструкцию, воспри-нпмагощую через тормозное устройство удар предварительно разгоняемой ударной платформы с испытуемым изделием. Ударные наковальни могут быть закреплены на основании установки либо жестко, либо на упругом подвесе. При жестком креплении н.аковаль-ни ударную установку, как правило, размещают на фундаменте, изолированном от строительных конструкций сооружения, в котором находится установка. При упругом подвесе нако-
[c.340]
Полиорганосилоксаны характеризуются высокой гибкостью макромолекул и небольшим межмолекулярным взаимодействием. Линейные и разветвленные полиорганосилоксаны с невысокой относительной молекулярной массой — вязкие бесцветные жидкости высокомолекулярные линейные — эластомеры, а сшитые и разветвленные — эластичные или хрупкие вещества. Они обладают высокой термической прочностью, хорошими электроизоляционными свойствами, гидрофобностью, механическая прочность невысока. Жидкие полиорга-носилоксаЕы (силиконовые масла) применяются в качестве антифрикционных и антиадгезионных смазок, основы лаков, жидких диэлектриков, рабочих жидкостей, гидроприводов и демпфирующих устройств и т. д. [c.245]
Учет демпфирования. Демпфирование с помощью демпфирующих устройств, прикрепленных в точках 1, 2 или 3 (рис. 1.7,6), можно учесть с помощью дополнительного слагаемого в уравнениях движения. Например, если между массой mi и основанием установлена вязкоупругая пружина с жесткостью то на массу будет действовать дополнительная сила А(1 — -1 пУаУ1 и матричное уравнение примет вид [c.32]
Устройство демпфирующее — Справочник химика 21
Амортизаторные и демпфирующие жидкости. Малая зависимость вязкости кремнийорганических жидкостей от температуры полезна нри использовании их в вибрационных демпферных устройствах. Демпфирующая способность кремнийорганических жидкостей при изменении температуры от —40 до -Ь70 °С меняется всего в три раза тогда как для высоковязкого минерального масла она меняется в 2,5 тыс.
раз. [c.361]Гибочные и монтажные устройства, демпфирующие колодки, буфера —ДСП, для повышенных требований — вулканическая фибра и полиамид. [c.66]
Организуя соответствующим образом распределение втекающего в слой газа по его поперечному сечению, можно, как показано в [17], добиться увеличения циркуляции частиц. Замедлить же циркуляцию сложно, так как вызывающий ее механизм преимущественной коалесценции пузырей вблизи стенок, типичный для всех псевдо-ожиженных слоев, в которых пузыри вообще формируются, довольно сильно демпфирует влияние распределительного устройства на структуру течения. [c.158]
К числу мероприятий, предотвращающих относительное перемещение поверхностей и фреттинг-коррозию, относятся следующие увеличение натяга в случае прессовых посадок, использование демпфирующих устройств для гашения вибраций, улучшение подвода смазки и усовершенствование конструкции. Так, увеличение диаметра вала в месте посадки или нанесение разгрузочной канавки задерживают появление фреттинг-коррозии. Разгрузочная канавка должна быть таких размеров, чтобы име- [c.458]
В качестве примера колебаний с затуханием можно привести систему, груз и пружина которой снабжены демпфирующим устройством, представляющим собой жестко скрепленный с грузом диск, помещенный в сосуд с жидкостью. [c.107]
Демпфирующие устройства, вводимые иногда в систему, значительно уменьшают амплитуды колебаний вала при увеличении частоты его вращения. Основная задача заключается не столько в ограничении амплитуд колебаний, сколько в изоляции несбалансированных сил корпуса. Демпфирование может увеличить степень передачи возбуждающей силы от вала корпусу, и оно целесообразно при прохождении системы через резонанс. [c.417]
В наиболее распространенных разновидностях дискового клапана пластина зажата в центре между седлом и ограничителем подъема (рис.
УИ.42, а, в) и представляет собой ряд концентрических колец, соединенных радиальными перемычками. Второе от центра кольцо пластины разрезано в двух местах а, связано перемычками и сфрезеровано у мест разреза на меньшую толщину, что позволяет пластине пружинить при движении на высоту подъема клапана. Достигаемое при таком устройстве хорошее направление пластины и отсутствие трения исключают возможность ее зависания. Над пластиной клапана находятся несколько демпфирующих пластин, воспринимающих воздействие демпфирующих пружин и предназначенных смягчать удары пластины клапана об ограничитель подъема. [c.332]
В дисковых клапанах малого диаметра, для возможности устройства каналов близ соединительного болта, пластину не зажимают в центре, а выполняют скользящей по направляющему кольцу 10 (рис. VII.42, г). Оно имеет ступенчатую форму (рис. VII.42, е), благодаря которой движение демпфирующих пластин происходит только на половине хода клапанной пластины. [c.334]
Пьезометр подключенный в сечениях О и I, измеряет потерю трения на участке трубопровода О—I. Аналогичным образом дифференциальный пьезометр измеряет суммарную потерю напора /га на участке /—II, в котором установлено местное сопротивление. Поскольку нестабильность потока в некоторых местных сопротивлениях может являться причиной заметных пульсаций давления, в линиях пьезометров целесообразна установка специальных демпфирующих устройств — гасителей пульсаций. [c.151]
Если обнаруживаются пульсации показаний манометров, выходящие за пределы допустимых погрешностей измерения, перед манометрами устанавливают демпфирующие устройства, гасящие пульсации давления в соединительных линиях. [c.167]
Одним из факторов, сдерживающим процесс совершенствования опорных устройств реакторов является большая приверженность проектировщиков к традиционным конструкциям опор вертикальных аппаратов. Однако следует учесть, что, если для большинства процессов нефтепереработки переходный период нагрева — охлаждения аппарата пренебрежительно МП по сравнению с периодом стабильной его работы на заданном температурном реж1ше, то для реакторов УЗК этот переходный период сопоставим с периодом работы аппарата на режиме [4-7].
Поэтому для повышения надежности работы реактора в целом необходим исключительно новый подход к решению задачи крепления его к постаменту. Одним и.ч возможных путей решения этой задачи является применение такой плавающей опоры, чтобы термические деформации корпуса реактора компенсировались перемещением лап опоры на катковых элементах, а динамические усилия ветрового напора при этом демпфировались каким-либо образом, например, путём защемления опорных лап на постаменте при помощи упругих элементов. [c.11]
Образцовыми манометрами измеряют значения р и р . Их включают только иа время снятия показаний. Неравномерный характер подачи объемных гидромашин вызывает пульсацию, давлений в трубах, которая ведет к колебаниям показаний манометров. При высоких давлениях эти колебания могут быть весьма значительными. Чтобы уменьшить колебания в показаниях манометров, используют демпфирующие устройства — шайбы с малыми отверстиями и капиллярные трубки, которые устанавливают перед присоединительными штуцерами манометров. [c.345]
Анализ сложившейся практики проведения динамических расчетов пневмоприводов позволяет предложить следующие рекомендации. При отсутствии достоверных данных о теплообмене с окружающей средой целесообразно принимать для процесса наполнения рабочей камеры среднее значение показателя политропического процесса п = (й 1)/2. Применительно к сжатому воздуху это составляет п— 1,2. Процесс вытеснения газов из выхлопной камеры пневмодвигателя можно оценить по времени нарастания давления /нар- при /нар 100 с, то я = 1. Процесс торможения выходного звена пневмодвигателя в результате запирания воздуха демпфирующим устройством быстротечный, поэтому для сжатого воздуха можно принять п = 1,4. [c.132]
Рефрактометры весьма чувствительны к пульсации потока,. поэтому при работе с этими детекторами необходимо применять демпфирующие устройства. [c.
153]
Хорошими демпфирующими свойствами обладают прокатанные (сплющенные) тонкостенные трубки из нержавеющей стали, свернутые в плотную спираль в виде пружины. Устройство, изготовленное из трубки длиной 1,8 м с наружным диаметром около 6 мм и толщиной стенки 0,5 мм, снижает уровень пульсации на 95% при рабочем давлении до 20 МПа. Демпферы этого типа нетрудно изготовить самостоятельно, прокатав трубку на вальцах. Варьируя диаметр, толщины и длину трубки, получают демпферы с наибольшей эффективностью в определенном диапазоне рабочего давления. [c.162]
Применение демпфирующих устройств. [c.16]
Другой подход к снижению пульсаций в системе заключается в применении специальных демпфирующих устройств. Для этой цели. могут использоваться спиральные трубки специального профиля из нержавеющей стали, включаемые последова- [c.193]
Демпфирующие устройства могут быть выполнены в виде вспомогательного цилиндра меньщего сечения, в котором в моменты максимальной подачи запасается под давлением определенное количество растворителя, подаваемого в колонку в период заполнения насоса (рис. 5.9,в). Наконец, для демпфирования можно использовать конструкцию на основе сильфона, принцип действия которой ясен из рис. 5.9,г. Простейшее устройство, выполняющее функцию демпфирования, представляет собой манометр, установленный на нагнетательной линии насоса. [c.194]
На рис. 94 показаны две смесительные головки с механическими устройствами подавления неустойчивости. Первая снабжена демпфирующими перегородками, весьма эффективными при радиальной и тангенциальной высокочастотной неустойчивости. Во второй предусмотрены акустические резонаторы. [c.177]
При пуске машины частота враш,ения гибкого вала может иметь критические значения. Для уменьшения наибольших прогибов валов необходимо стремиться к быстрому прохождению их через положение, при котором возможен резонанс, или предусматривать специальные демпфирующие устройства.
Если вал расположен горизонтально, то он вращается относительно оси, изогнутой в результате нзгиба, вызываемого действием силы тяжести диска вала. [c.127]
Перепад Н полного и пьезометрического напоров из- меряется обычно дифференциальным пьезометром П. Если обнаруживаются значительные колебания показаний пьезометра (вызываемые пульсациями цотока), перед ним в соединительных линиях устанавливают демпфирующие устройства 9 в виде дросселей различного типа, осредняющих значения к. [c.132]
Все регуляторы мощности насосов должны иметь демпфирующие устройства. Такие устройства обеспечивают устойчивость процесса автоматического регулирования и фильтрации высокочастотных колебаний давления в напорной гидролинии (шумов). Указанные колебания давления связаны с пульсацией подачи ро-торно-поршневых гидромашин и волновыми процессами в напорной гидролинии. Частоту (Одоа возмущающих колебаний оценивают опытным путем, выделяя из спектра частот первую гармонику. Ориентировочные вначения этой величины совоа 500. .. 2000 рад/с. [c.293]
Обязательная часть регулятора мощности насоса любого типа — преобразующее устройство, которое содержит плунжер, толкатель, пружинный блок и демпфирующее устройство. Упрощенное уравнение преобразующего устройства (4.61) составлено в параграфе 4.4 применительно к регулятору непрямого действия, показанному на рис. 4.6. Теперь дополнительно учтем силу Ят. к контактного трения, возникающую на плунжере и толкателе пружинного блока. Значение этой силы и ее линейную аппроксимацию эквивалентным коэффициентом скоростного (вязкого) трения можно определить зависимостями [c.298]
Дополнительно введем выражения суммарного коэффициента Лт. в скоростного трения и коэффициента гидравлического демпфирующего устройства (гндродемпфера) при использовании в нем турбулентного дросселя [c.298]
Возвратно-поступательные насосы используют в ВЭЖХ наиболее широко, так как они удовлетворяют большинству требований.
Практически единственный их принципиальный недостаток — пульсация потока, для сглаживания которой применяют специальные демпфирующие устройства, описанные ниже. Менее существенны недостатки — нарушение нормальной работы клапанов за счет их загрязнения механическими примесями в подвижной фазе и образование паровых пробок во время такта всасывания при работе с растворителями, имеющими высокое давление паров (пентан, метиленхлорид и др.). Данные насосы выпускают двух типов поршневые, или плунжерные, и мембранные, или диафрагменные. В обоих случаях прокачивание растворителя происходит за счет возвратно-поступательного движения поршня или мембраны в полости, ограниченной шариковыми клапанами. [c.140]
Поршневые и диафрагменные насосы, наиболее широко используемые в современной ВЭЖХ, создают пульсирующие потоки, что затрудняет детектирование и приводит к ухудшению характеристик колонок. Для сглаживания пульсации используют различные демпфирующие устройства, вместимость которых изменяется с изменением давления. Так, в трубках Бурдона изменение объема происходит за счет сжатия и расширения находящегося в них газа. Простейший демпфер состоит из манометра Бурдона и гидравлического сопротивления, в качестве которого обычно используют длинный отрезок стального капилляра с внутренним диаметром [c.162]
Аналитические весы должны быть сконструированы таким образом, чтобы выдерживать полную нагрузку без чрезмерного напряжения, а их чувствительность не должна изменяться при повторных взвешиваииях при полной нагрузке. Желательно, чтобы весы были снабжены демпфирующим устройством (например, магнитным или воздушным успокоителем колебаний), с помощью которого стрелка быстро возвращается в исходное положение (апериодические весы). [c.19]
Компоненты системы подачи жидкой фазы при конструиро-ваппп препаративных ЖХ-систем большей емкости обычно выбирают прежде всего на основе конструкционных материалов, возможного перепада давления АР и диапазона скоростей потока.
Постоянство подачи раствора и пульсация потока иосле этого часто становятся вторичными, компромиссными характеристиками. Достаточно постоянная скорость потока ( — 5%) является важной, если разделение будут повторять в тех же условиях и (или) в условиях автоматического режима. Это требование несколько менее критично, если собирают много фракций и затем их анализируют офф-лайн . Пульсации насоса так же, как в аналитической системе, должны быть минимальны, если используется он-лайн -детектор с делением или без деления потока, чувствительный к пульсациям, поскольку это может помешать анализу эфлюента. При использовании промышленных насосов возможны чрезмерно большие пульсации, которые могут привести к преждевременному разрушению слоя насадки в препаративных колонках и ухудшению качества системы. В таких случаях следует использовать демпфирующие устройства, соответствующие АР и скоростям потока, создаваемым насосом. К сожалению, характеристики размывания большинства демпферов пульсаций не позволяют использовать их в схемах циркуляционной хроматографии, таких, как показанная на рис. 1.29 (см. разд. 1.7.2.2). В таких случаях лучше всего получить консультацию изготовителей оборудования для препаративной ЖХ (см. табл. 1.9). [c.114]
С целью сглаживания пульсаций в современных насосах применяют демпфирующие устройства, многоголовочные системы 256 [c.256]
В нашей стране разработана и запатентована за рубежом серия двухплунжерных насосов (насосы Б. И. Баглая), в которых постепенное вытеснение жидкости из одной камеры сопровождается пропорциональным заполнением другой. Конструкция такого насоса предусматривает согласованное движение двух камер, изготовленных в одном корпусе, и одного из плунжеров, причем другой плунжер жестко закреплен. Система обеспечивает достаточно высокую стабильность расхода потока и возможность коррекции на сжимаемость элюента. Необходимость применения демпфирующих устройств для двух- и трехплунжерных насосов отпадает.
Конструкции насосов возвратно-поступательных типов просты, обычно обеспечен свободный доступ к местам возможных течей, насосы легко разбираются и собираются с целью очистки и ремонта. Увеличение или уменьщение размеров камер и плунжеров путем их достаточно простой замены без изменения системы привода увеличивает или уменьшает производительность насосной системы и позволяет работать с полупрепаративными и микрона-садочными колонками. [c.261]
Собственные частоты системы подачи топлива или других узлов двигателя при динамических нагрузках определяют, возникнет ли неустойчивость с колебаниями той или иной частоты. Процесс горения можно изолировать от системы подачи увеличением перепада давления на форсунках. Если перепад давления на форсунках составляет примерно половину внутрикамерного давления, то низкочастотные колебания возникают редко. Использование демпфирующих устройств или согласование импедансов позволяет снизить требуемый перепад давления на форсунках до величин, меньших половины давления в камере сгорания при обеспечении устойчивой работы ЖРД. Изменения собственных частот системы питания можно добиться изменением длины или объема трубопроводов и коллекторов, а также установкой энергопоглощающих устройств типа четвертьволновых резонаторов или резонаторов Гельмгольца. Собственные частоты механических узлов можно изменять выбором других мест крепления или введением дополнительных креплений. Можно изменять и конструкцию камеры сгорания, чтобы уменьшить диапазон ее чувствительности к колебаниям низкой и промежуточной частот. Увеличение приведенной длины или отношения длины к диаметру форсуночных каналов обычно повышает устойчивость [69]. Для ЖРД, работающих на водо- [c.174]
Демпфирование пневмоцилиндров — статьи Пневмомаш
Пневматические цилиндры – это устройства, работающие с высокой скоростью и вследствие этого испытывающие повышенную ударную нагрузку на торцевые элементы. В результате можно услышать шум от ударов, появляется вибрация, повышается износ.
Предотвратить или снизить негативные последствия этих явлений можно при помощи демпфирования в конце хода поршня.
В небольших пневмоцилиндрах с коротким ходом и невысокой ударной силой для решения данной проблемы применяются резиновые уплотнения по типу шайбы, которые крепятся непосредственно к крышке или к штоку и снижают нагрузку.
В больших цилиндрах для демпфирования используется специальная конструкция, включающая в себя игольчатый дроссель, позволяющий эффективно тормозить ход поршня при помощи дополнительного сжатия некоторого количества воздуха и последующего его отведения.
Происходит это следующим образом: втулка демпфера соприкасается с уплотнителем, отсекая часть воздуха и, продолжая свое движение, еще сильнее сжимает его, создавая противодавление. Поскольку выход воздуха теперь возможен только через небольшое отверстие дросселя, в отсеченной полости создается воздушная подушка, обеспечивающая торможение штока. Таким образом, поршень соприкасается с крышкой цилиндра без удара.
Сила и скорость демпфирования штока поддается регулировке при помощи специального винта, вкручивание которого сужает проходное отверстие дросселя, обеспечивая более медленный выпуск воздуха и повышение степени торможения.
При движении поршня в обратном направлении уплотнение начинает работать как обратный клапан, обеспечивая проход воздуха в полость, которая ранее была перекрыта. Несмотря на это, наличие в конструкции уплотнения заметно снижает возможности ускорения поршня, поэтому производители пневматических цилиндров стараются по возможности уменьшать рабочий ход демпфера, либо использовать наружные механические амортизаторы.
Так, например, компания Camozzi предлагает максимальную длину демпфирования 17 мм для цилиндров с диаметром 32 мм, а также максимальных ход демпфера 50 мм для цилиндров с диаметром 250 мм.
Устройство для демпфирования продольных и крутильных колебаний
Изобретение относится к машиностроению.
Устройство содержит корпус с цилиндрическим отверстием, упор, установленный на корпусе, шток с упорным буртом, размещенным в полости корпуса, и два типа демпфирующих элементов. Демпфирующие элементы размещены в полости корпуса между упорным буртом и упором. Первый тип демпфирующих элементов содержит тарельчатые пружины. Второй тип демпфирующих элементов содержит диски и установленные между ними прокладки, причем диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной способностью материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Достигается повышение демпфирующих характеристик в широком спектре частот и амплитуд. 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для демпфирования движения звеньев машин, амортизации и ударных нагрузок.
Известен демпфер (RU 2274783), который включает в себя поршень со штоком, пружину и заполненную вязкой жидкостью гидравлическую камеру, заключенные в цилиндрический патрон, и дополнительно снабжен двумя комплектами лопастного механизма, состоящего из водила, крыльчатки и направляющей. Каждый из механизмов установлен в разных гидравлических, верхней и нижней, камерах соответственно. Поршень удерживается от вращения относительно цилиндрического патрона посредством шпоночного соединения, шпонка которого закреплена на поршне. Водила неподвижно закреплены на поршне соосно ему с обоих противоположных его торцов. Каждая крыльчатка соединена с водилом посредством спиральных шлиц, а с направляющей — посредством цилиндрического подвижного соединения и осевого ограничителя с возможностью ее вращения вокруг собственной оси при возвратно-поступательном движении поршня.
Конструкция демпфера является сложной, при этом в случае превышения нагрузки и среза шпонки демпфер утрачивает свою работоспособность.
Известен тарельчатый амортизатор колебаний бурильной колонны (SU 1273494), включающий корпус, внутри которого установлен с возможностью телескопического перемещения вал, образующий с корпусом полость для размещения пакетов тарельчатых пружин, образованных плоскими и коническими кольцами, при этом над пакетами тарельчатых пружин установлены одно над другим дополнительные плоские и конические кольца, расположенные с возможностью прилегания внутренней поверхности каждого последующего кольца к наружной поверхности предыдущего.
Особенностью конструкции является необходимость регулировки жесткости амортизатора путем соответствующего подбора пакетов тарельчатых пружин и перестановки дополнительных колец. Применительно к области применения амортизатора — проведение бурильных работ и необходимость учета влияния полевых условий — конструктивные особенности амортизатора усложняют его эксплуатацию.
Известен гаситель продольных и крутильных колебаний (RU 2184834), являющийся прототипом заявляемого технического решения и включающий корпус, вал и систему упругих элементов, соединяющих вал с корпусом, в нижней части которого смонтированы радиальный и осевой подшипники, а система упругих элементов выполнена в виде концентрично распложенных труб различного диаметра и жесткости, соединенных между собой последовательно и герметично, а с корпусом и валом — герметично, внутри вала расположено дросселирующее устройство.
Различные типы упругих элементов избирательны к воздействующим на них силовым вибрациям. Так, например, тарельчатые пружины и комбинации из них предпочтительно применять при демпфировании низкочастотных вибраций, тогда как на практике в различных машинах наблюдаются как низкочастотные, так и высокочастотные вибрации. Например, в системе привода штанговой скважинной насосной установки наблюдаются вибрации частотой 20…2000 Гц.
В прототипе задача демпфирования вибраций в широком спектре частот не раскрыта. Система концентрично расположенных труб различного диаметра и жесткости, соединенных между собой последовательно, обладает способностью демпфирования низкочастотных вибраций, возможности ее применения для демпфирования высокочастотных вибраций маловероятны.
Техническим результатом изобретения является повышение демпфирующих возможностей устройства в широком спектре частот и амплитуд.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для демпфирования продольных и крутильных колебаний, содержащем корпус с цилиндрическим отверстием, упор, установленный на корпусе, шток с упорным буртом, размещенным в полости корпуса, и, по крайней мере, два типа демпфирующих элементов, размещенных в полости корпуса между упорным буртом и упором, один из которых содержит тарельчатые пружины, второй тип демпфирующих элементов содержит диски и установленные между ними прокладки, причем диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной способностью материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки, при этом дополнительно:
— диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной ударной вязкостью;
— диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной твердостью;
— в дисках и прокладках выполнены отверстия, диаметр которых соответствует диаметру штока;
— упор выполнен в виде втулки с отверстием для штока, установленной на корпусе;
— диски и прокладки установлены между торцевой поверхность упорного бурта и тарельчатыми пружинами;
— диски и прокладки установлены между торцевой поверхностью втулки и тарельчатыми пружинами;
— диски и прокладки выполнены из металла;
— тарельчатые пружины сформированы в пакеты, а пакеты сформированы в группы, каждая из которых имеет жесткость пружин, отличающуюся от жесткости пружин другой группы;
полость устройства заполнена жидкостью, обладающей смазывающими и антикоррозионными свойствами, а во втулке цилиндрического корпуса выполнено уплотнительное устройство по штоку.
Диски и прокладки, выполненные из материалов, обладающих различной ударной вязкостью и твердостью, представляют собой систему гашения высокочастотных вибраций.
Ударная вязкость характеризует способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
Диски и установленные между ними прокладки, выполненных из материалов, обладающих разной ударной вязкостью и (или) твердостью, представляют собой модель бингамовской (неньютоновской) жидкости, обладающей способностью демпфировать как высокочастотные продольные вибрации, а также крутильные колебания за счет трения между контактирующими торцевыми поверхностями дисков и прокладок.
Установка дисков и прокладок между торцевой поверхность упорного бурта и тарельчатыми пружинами или между торцевой поверхностью втулки и тарельчатыми пружинами, выполнение в дисках и прокладках отверстий, диаметр которых соответствует диаметру штока, а также выполнение дисков и прокладок из металла являются предпочтительными методами конструктивной компоновки устройства.
Формирование тарельчатых пружин в пакеты, которые сформированы в группы, каждая из которых имеет жесткость пружин, отличающуюся от жесткости пружин другой группы, являются методами повышения несущей способности устройства.
Заполнение полости устройства жидкостью, обладающей смазывающими и антикоррозионными свойствами, является методом: а) предотвращения коррозии элементов демпфера; б) снижения влияния контактной коррозии по торцам тарельчатых пружин.
Выполнение во втулке цилиндрического корпуса уплотнительного устройства по штоку необходимо для предотвращения вытекания смазывающе-антикоррозионной жидкости из полости устройства.
На фиг.1 показана конструктивная схема устройства.
Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с резьбовым участком 2, в который ввернута втулка 3, выполняющая функции упора. Внутри полости устройства, образованной корпусом 1 и втулкой 3, размещены шток 4 с упорным буртом 5, а между втулкой 3 и упорным буртом 5 размещены тарельчатые пружины 6, сформированные в пакеты пружин.
Пакеты пружин сформированы в группы пружин 7 и 8, состоящие из пружин различной жесткости.
Между упорным буртом 5 и тарельчатыми пружинами 6 установлены диски 9, между которыми установлены прокладки 10.
Диски 9 и прокладки 10 могут быть установлены как между упорным буртом 5 и тарельчатыми пружинами 6, так и между втулкой 3 и тарельчатыми пружинами 6.
На корпусе 1 и на штоке 4 выполнены резьбовые элементы 11 и 12, предназначенные для соединения устройства со звеньями машин и установок.
В таблице приведены некоторые материалы, из которых возможно изготовление дисков 9 и прокладок 9.
| Материал диска | Материал прокладки |
| Сталь 45 | Сталь 08, сталь 10, автоматная сталь, бронза, медь, алюминий |
| Сталь | Фторопласт |
Указанные материалы имеют разную ударную вязкость и твердость. Во втулке 3 выполнено уплотнительное устройство 13. Полость устройства заполнена маслом 14.
Работает устройство следующим образом.
Под воздействием растягивающей нагрузки шток 4 выдвигается из корпуса 1, при этом происходят деформации тарельчатых пружин 6 до упора торцевых поверхностей вначале пружин (пакетов пружин) меньшей жесткости, а затем пружин большей. Энергия низкочастотных колебательных процессов в системе частично поглощается сжатием пружин 6.
Масло 14 через технологические или специальные зазоры между тарельчатыми пружинами 6 и корпусом 1, между дисками 9 и прокладками 10 и корпусом 1, между упорным буртом 5 и корпусом 1 перекачивается в полость корпуса между упорным буртом 7 и втулкой 3, одновременно частично демпфируя возникающие при этом колебательные процессы.
Силовая нагрузка воздействует также на диски 9 и прокладки 10. Последние, обладая меньшей жесткостью и, соответственно, большей вязкостью, демпфируют высокочастотные гармоники колебательных процессов.
Аналогичные процессы демпфирования колебаний происходят в устройстве и при обратном ходе, масло 14 из полости устройства между упорным буртом 5 и втулкой 3 перекачивается через соответствующие зазоры, описанные выше, обратно в полость между упорным буртом 5 и дном корпуса.
Пропуски масла из демпферных полостей через зазор между штоком 4 и втулкой 3 предотвращаются уплотнением 13.
Крутильные колебания демпфируются за счет трения по плотно контактирующим между собой торцевым поверхностям дисков 9 и прокладок 10.
Конструктивно предлагаемое техническое решение промышленно реализуемо.
1. Устройство для демпфирования продольных и крутильных колебаний, содержащее корпус с цилиндрическим отверстием, упор, установленный на корпусе, шток с упорным буртом, размещенным в полости корпуса, и, по крайней мере, два типа демпфирующих элементов, размещенных в полости корпуса между упорным буртом и упором, один из которых содержит тарельчатые пружины, отличающееся тем, что второй тип демпфирующих элементов содержит диски и установленные между ними прокладки, выполненные из материалов, обладающих разной способностью материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной ударной вязкостью.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, диски и прокладки выполнены из материалов, обладающих разной твердостью.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в дисках и прокладках выполнены отверстия, диаметр которых соответствует диаметру штока.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что упор выполнен в виде втулки с отверстием для штока, установленной на корпусе.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диски и прокладки установлены между торцевой поверхность упорного бурта и тарельчатыми пружинами.
7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что диски и прокладки установлены между торцевой поверхностью втулки и тарельчатыми пружинами.
8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диски и прокладки выполнены из металла.
9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что тарельчатые пружины сформированы в пакеты, а пакеты сформированы в группы, каждая из которых имеет жесткость пружин, отличающуюся от жесткости пружин другой группы.
\prime} = \dfrac{D}
{2 \pi W_s}
Это определение через рассеянную энергию можно использовать, даже если петля гистерезиса не выглядит как идеальный эллипс; достаточно лишь иметь возможность определить две эти энергетических величины.
Источники демпфирования
Физических механизмов демпфирования огромное множество. Во всех естественных процессах энергия так или иначе рассеивается.
Внутренние потери в материале
Во всех реальных материалах энергия рассеивается при деформации. Можно считать это разновидностью внутреннего трения. Обратите внимание, что кривая нагружения для полного периода не укладывается на идеально прямую линию. Она больше похожа на вытянутый эллипс.
Обычно для описания демпфирования в материале применяется модель через коэффициент гистерезисных потерь, так как на опыте оказывается, что потери энергии за период слабо зависят от частоты и амплитуды. При этом математическое описание в модели коэффициента потерь основано на комплексных величинах, то есть подразумевает только случай гармонических колебаний. Поэтому эту модель демпфирования можно использовать только для исследований в частотной области.
Коэффициенты гистерезисных потерь в материале могут сильно различаться в зависимости от точного состава материала и источников данных, которыми вы пользуетесь. В таблице ниже приведены некоторые грубые оценки.
| Материал | Коэффициент гистерезисных потерь η |
|---|---|
| Алюминий | 0.0001–0.02 |
| Бетон | 0.02–0.05 |
| Медь | 0.001–0.05 |
| Стекло | 0.0001–0.005 |
| Резина | 0.05–2 |
| Сталь | 0.0001–0.01 |
Коэффициенты потерь и схожие модели демпфирования используются, если физические механизмы затухания в материале неизвестны или не важны в контексте рассматриваемой задачи. В некоторых моделях материала, например, в вязкоупругих материалах, рассеивание энергии изначально заложено в математическую модель.
Трение в соединениях
Конструкции часто соединяются болтами или другими типами креплений. Если при колебаниях соединенные поверхности двигаются относительно друг друга, энергия рассеивается через трение. Если величина силы трения не меняется за период, потери энергии за период слабо зависят от частоты. В этом смысле трение схоже с внутренними потерями в материале.
Болтовые соединения широко распространены в задачах механики конструкций. Величина рассеиваемой в болтовых соединениях энергии может сильно зависеть от конструкции. Если важно снизить потери, болты должны плотно прилегать друг к другу и быть хорошо затянуты, чтобы уменьшить макроскопическое проскальзывание между поверхностями.
Излучение звука
Вибрирующая поверхность будет приводить в движение окружающий воздух (или другую среду) и испускать звуковые (акустические) волны. Эти волны уносят часть энергии, из-за чего конструкция теряет энергию.
Излучение звука преобразователем типа Tonpilz.
Анкерные потери
Часто небольшой компонент крепится к большой конструкции (основанию/подложке), которая не включается в расчетную модель. Когда деталь вибрирует, в несущей конструкции возникают упругие волны, также являющимися источником рассеяния энергии. В контексте микроэлектромеханических систем (МЭМС), этот эффект называют анкерные потери (anchor losses).
Термоупругое демпфирование
Даже если в процессе совершенно упругой деформаций энергия не рассеивается, деформация материала слегка изменяет его температуру. Локальное растяжение приводит к снижению температуры, а сжатие — к нагреву.
Это принципиально обратимый процесс, так что при снятии напряжения температура вернется к исходному значению. Однако часто в поле напряжения есть ненулевые градиенты, которым соответствуют градиенты распределения температуры. Они вызывают тепловые потоки от теплых областей к холодным. Когда по ходу цикла нагружения напряжение «убирают», распределение температуры уже отличается от того, что было при нагрузке.
Поэтому локальный возврат к исходному состоянию невозможен. Это приводит к рассеиванию энергии.
Термоупругое демпфирование (thermoelastic damping) важно при исследовании высокочастотных колебаний на малых масштабах. Например, оно может значительно снизить добротность микроэлектромеханических резонаторов.
Демпферы и гасители
Иногда в конструкцию включают специализированные выделенные гасители колебаний, например, рессоры в подвеске колес.
Рессоры. Автор изображения — Avsar Aras, собственное произведение. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 на Викискладе.
Естественно, такие компоненты сильно влияют на суммарное демпфирование, по крайней мере, для некоторых мод колебаний.
Сейсмогасители
Особое внимание искуственному демпфированию колебаний уделяется при строительстве в сейсмоопасных районах. Чрезвычайно важно снизить амплитуду колебаний в зданиях при землетрясении. При этом гасители могут как изолировать здание от фундамента, так и рассеивать энергию.
Сейсмогасители в общественном здании. Изображение предоставлено Shustov — собственное произведение. Доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 на Викискладе.
Продолжение
Во второй части данной серии вы сможете найти информацию о том, как задавать демпфирование в COMSOL Multiphysics®.
Демпфирующее устройство — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Демпфирующее устройство
Cтраница 3
Почему демпфирующие устройства входят во многие машиностроительные конструкции. [31]
Встроенное демпфирующее устройство позволяет настраивать привод для обеспечения устойчивости при максимальной скорости хода. [32]
Простое демпфирующее устройство в виде жесткого малоинерционного рычага со спиральной пружиной ( фиг. [33]
Многослойные демпфирующие устройства обычно используются как средство усиления демпфирования в конструкциях.
[35]
Работоспособность демпфирующего устройства с подкрепляющим слоем в большой степени зависит от геометрии и типа подкрепляющего слоя. Обычно желательно, чтобы подкрепляющий слой был как можно более жестким, с тем чтобы в вяз-коупругом слое возникали максимальные деформации поперечного сдвига. Однако жесткость подкрепляющего слоя обычно не должна превышать жесткости конструкции. [36]
Гидроцилиндр имеет демпфирующее устройство, работающее следующим образом: в конце рабочих ходов выступы поршня входят в соответствующие расточки крышек, запирая в них рабочую жидкость некоторого объема, которая вытесняется в сливную линию через зазор, ослабляя при этом удар. [37]
Широко распространенное демпфирующее устройство, применяемое для тонкого провода и обеспечивающее хорошее выравнивание натяжения, показано на фиг. [38]
Простейшая схема демпфирующего устройства приведена на рис. 2.6. Внутри спутника размещена емкость, заполненная вяз: — кой жидкостью. Для повышения эффективности демпфирования колебаний жидкость может быть помещена в тороид, закрепленный снаружи или внутри спутника. Подобные устройства находят ограниченное применение по той причине, что в оптимальном случае демпфирования гравитационно стабилизированных спутников, момент инерции жидкости должен быть соизмерим с максимальным моментом инерции спутника. [39]
Для заполнения демпфирующего устройства отпускают стопорный винт, вывертывают из гнезда в колодке стакан и заливают его примерно на 2 / з объема демпферной жидкостью. Заполненный стакан ввертывают в гнездо колодки, слегка покачивая при этом вверх и вниз скобу с поршнем до тех пор, пока поршень не достигнет дна стакана, целиком погрузившись в жидкость.
Затем стакан отвертывают на 0 5 — 1 оборота, установив радиальный зазор между поршнем и стаканом 0 3 — 0 7 мм. В этом положении стакан законтривают стопорным винтом.
[40]
Наиболее распространенным демпфирующим устройством маятникового типа является расположенная по внешней стороне КА изогнутая трубка с движущимся внутри шариком. Энергия нутационного движения рассеивается, Переходя в тепловую энергию за счет сопротивления движению шариков. В результате уменьшается угол нутации. [41]
Подвижная часть имеет демпфирующее устройство. Катушка kj является намагничивающей и в ней расположен образец О. Катушка kz служит для компенсации действия катушки k на подвижную систему, катушка ks позволяет вести измерения нулевым методом и компенсирует воздействие образца на подвижную систему. [42]
Должны быть предусмотрены демпфирующие устройства для устранения влияния вибрации станка на результаты измерений. [43]
В конструкции предусмотрено демпфирующее устройство. [45]
Страницы: 1 2 3 4 5
Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network
(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})
{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*
{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}
{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.
PRODUCTS}}
{{l10n_strings.DRAG_TEXT}}
{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}
{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}{{article.content_lang.display}}
{{l10n_strings.AUTHOR}}{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}
{{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}Устройства демпфирования потока в настроенном жидкостном демпфере для контроля структурной вибрации: обзор
Froude W (1861) О качке судов. Trans Inst Nav Archit 2: 180–227
Google Scholar
Вт P (1883 г.) О способе уменьшения качки судов в море. Trans Inst Nav Archit 24: 165–191
Google Scholar
Вт P (1885 г.) Использование водяных камер для уменьшения качки судов в море.
Trans Inst Nav Archit 26: 30–49
Google Scholar
Вандивер Дж. К., Митоме С. (1978) Влияние резервуаров для хранения жидкости на динамический отклик морских платформ. В: 10-я ежегодная конференция оффшорных технологий, Хьюстон
Welt F, Modi VJ (1989) Демпфирование вибрации за счет плескания жидкости, часть I: нелинейный анализ. Proc Diagn Veh Dyn Spec Top ASME Des Eng Div 18: 149–156
Google Scholar
Welt F, Modi VJ (1989) Демпфирование вибрации за счет плескания жидкости, часть 2: экспериментальные результаты. Proc Diagn Veh Dyn Spec Top ASME Des Engg Div 18: 157–165. https://doi.org/10.1115/1.2930227
Артикул Google Scholar
Fujii K, Tamura Y, Sato T., Wakahara T (1990) Вызванная ветром вибрация башни и практическое применение настроенного демпфера качания. J Wind Eng Ind Aerodyn 33: 263–272
Артикул Google Scholar
Wakahara T, Ohyama T, Fujii K (1992) Подавление вызванной ветром вибрации высокого здания с помощью настроенного жидкостного демпфера. J Wind Eng Ind Aerodyn 43: 1895–1906. https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)
-M
Артикул Google Scholar
Wakahara T, Shimada K, Tamura Y (1994) Практическое применение настроенного жидкостного демпфера для высотных зданий. В кн .: Структуры Конгресса XII. pp 851–856
Chang CC, Gu M (1999) Подавление вихревой вибрации высоких зданий с помощью настроенных жидкостных демпферов.J Wind Eng Ind Aerodyn 83: 225–237. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(99)00074-4
Артикул Google Scholar
Шанкар К., Балендра Т. (2002) Применение метода потока энергии для контроля вибрации зданий с несколькими настроенными жидкостными амортизаторами.
J Wind Eng Ind Aerodyn 90: 1893–1906. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(02)00296-9
Артикул Google Scholar
Chen SR, Chang CC, Cai CS (2008) Исследование улучшения устойчивости подвесного моста с транспортными средствами с высокими бортами при ветре с использованием настроенного жидкостного демпфера. JVC 14: 711–730. https://doi.org/10.1177/1077546307083275
Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar
Li HN, Yi TH, Jing QY et al (2012) Контроль вибрации, вызванной ветром, в Даляньском международном торговом здании с помощью настроенных жидкостных амортизаторов. Math Probl Eng. https://doi.org/10.1155/2012/848031
Артикул Google Scholar
Карим А., Сан В. Дж. (1987) Стохастический отклик конструкций с отростками, содержащими жидкость. J Sound Vib 119: 389–408. https://doi.org/10.1016/0022-460X(87)
-6
Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar
Кох К.Г., Махатма С., Ван С.М. (1994) Теоретические и экспериментальные исследования прямоугольных жидких демпферов при произвольных возбуждениях. Earthq Eng Struct Dyn 23: 17–31. https://doi.org/10.1002/eqe.42
Артикул Google Scholar
Banerji P, Murudi M, Shah AH, Popplewell N (2000) Настроенные жидкостные амортизаторы для управления реакцией конструкций на землетрясения. Earthq Eng Struct Dyn 29: 587–602
Статья Google Scholar
Эль Даматти А.А. (2002) Исследования по применению настроенных жидких демпферов (TLD) для повышения сейсмостойкости конструкций. ICLR Research. Бумажная серия № 17 апреля
Джин Кью, Ли Х, Сан Н. и др. (2007) Экспериментальное и численное исследование настроенных жидких демпферов для управления реакцией на землетрясение морской платформы с кожухом.
Мар Struct 20: 238–254. https://doi.org/10.1016/j.marstruc.2007.05.002
Артикул Google Scholar
Сильва М.Дж.Ф., Коста А.С. (2008) Экспериментальные исследования характеристик настроенных жидких демпферов для снижения вибрации в конструкциях. 14-я всемирная конференция Earthq Eng.
Нанда Б., Бисвал К.С. (2011) Применение настроенного жидкостного демпфера для управления вибрацией конструкции из-за землетрясений.В кн .: Современные методы и достижения в области проектирования и строительства (ИСЭК-6). pp 983–987
Рой А., Стаино А., Гош А. и др. (2016) Контроль сейсмической вибрации приподнятого резервуара для воды с помощью TLD и проверка полномасштабной модели TLD посредством гибридного тестирования в реальном времени. J Phys Conf Ser. https://doi.org/10.1088/1742-6596/744/1/012042
Артикул Google Scholar
Лотфоллахи-Ягин М.А., Ахмади Х., Тафахор Х. (2016) Сейсмические отклики морской платформы курточного типа с настроенными жидкостными демпферами.Adv Struct Eng 19: 227–238. https://doi.org/10.1177/1369433215624340
Артикул Google Scholar
Айдин Э., Озтюрк Б., Дуткевич М. и др. (2017) Эксперименты настроенного жидкостного демпфера (TLD) на модели рамы с уменьшенным сдвигом при гармонических нагрузках. В: Сеть конференций EPJ. pp 1–5
Ли С.К., Редди Д.В. (1982) Регулировка частоты морских платформ с помощью всплесков жидкости. Appl Ocean Res 4: 226–231
Статья Google Scholar
Донг С., Ли Х., Такаяма Т. (2001) Подавление волновой вибрации морской платформы с помощью настроенных жидкостных демпферов. China Ocean Eng 15: 165–176
Google Scholar
Chen X, Wang L, Xu J (1999) Техника TLD для снижения вызванной льдом вибрации на платформах.
J Cold Reg Eng 13: 139–152
Статья Google Scholar
Накамура С.И., Фуджино Ю. (2002) Боковая вибрация на пешеходном вантовом мосту.Struct Eng Int J Int Assoc Bridg Struct Eng 12: 295–300. https://doi.org/10.2749/101686602777965162
Артикул Google Scholar
Пирнер М., Урушадзе С. (2007) Жидкостный демпфер для подавления горизонтальных и вертикальных движений — параметрическое исследование. J Wind Eng Ind Aerodyn 95: 1329–1349. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2007.02.010
Артикул Google Scholar
Федив А.А., Исюмов Н., Викери Б.Дж. (1995) Характеристики настраиваемого демпфера плещущейся воды. J Wind Eng Ind Aerodyn 57: 237–247. https://doi.org/10.1016/0167-6105(94)00107-O
Артикул Google Scholar
Fujino Y, Pacheco BM, Chaiseri P, Sun LM (1988) Параметрическое исследование настроенного жидкостного демпфера (TLD) с использованием круглых контейнеров путем эксперимента со свободными колебаниями. Struct Eng / Earthq Eng 5: 177–187
Google Scholar
Дин Р.Г., Далримпл Р.А. (1991) Механика волн на воде для инженеров и ученых. World Scientific Publishing Company, Сингапур
Google Scholar
Krabbenhøft J (2011) Моделирование, моделирование и эксперименты регулируемых жидких демпферов для мелководья. Кандидат наук. Тезис. Технический университет Дании
Хауэлл Э., Эблер Ф.Г. (1956) Экспериментальное исследование влияния механических перегородок на основной режим качания воды в цилиндрическом резервуаре.Лаборатория космических технологий GM-TR-69, июль
Майлз Дж. (1958) Кольцевое демпфирование колебаний свободной поверхности в круглом резервуаре.
J Appl Mech 25: 274–276
MATH Google Scholar
О’Нил Дж. П. (1960) Заключительный отчет об экспериментальном исследовании плескания. Лаборатория космических технологий. STL / TR-59-000-09960 Март.
Abramson HN (1961) Некоторые исследования устройства с плавающей крышкой для подавления расплескивания жидкости в жестких цилиндрических резервуарах.Юго-Западный научно-исследовательский институт. Технический отчет № 10 май
Langner G (1963) Предварительный анализ оптимальной конструкции кольцевых и перегородок противозачаточных буферов. Юго-Западный научно-исследовательский институт. Технический отчет № 7 апрель
Абрамсон Х.Н., Гарза Л.Р. (1964) Некоторые измерения влияния кольцевых перегородок в цилиндрических резервуарах. J Spacecr Rockets 1: 560–562. https://doi.org/10.2514/3.27699
Артикул Google Scholar
Гарза Л. Р. (1966) Сравнение теоретических и экспериментальных давлений и сил, действующих на кольцевую перегородку в условиях качания. Юго-Западный научно-исследовательский институт. NASA CR-385
Graham EW, Rodriguez AM (1952) Характеристики движения топлива, которые влияют на динамику самолета. J Appl Mech 19: 381–388. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004
Артикул Google Scholar
Ибрагим Р.А. (2005) Динамика всплесков жидкости — теория и приложения.Издательство Кембриджского университета, Кембридж
Google Scholar
Sun LM, Fujino Y, Pacheco BM, Chaiseri P (1992) Моделирование настроенного жидкостного демпфера (TLD). J Wind Eng Ind Aerodyn 41–44: 1883–1894. https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)
-EАртикул Google Scholar
Майлз Дж. В. (1967) Затухание поверхностных волн в закрытых бассейнах. Proc R Soc London Ser A Math Phys Sci 297: 459–475.https://doi.org/10.1098/rspa.1967.0081
Артикул Google Scholar
Lepelletier F, Raichlen TG (1988) Нелинейные колебания в прямоугольных резервуарах. J Eng Mech 114: 1–23
Статья Google Scholar
Абрамсон Х.Н. (1966) Динамическое поведение жидкостей в движущихся контейнерах — с приложениями к космической технике. НАСА SP-106
Noji T, Yoshida H, Tatsumi E et al (1988) Исследование гасителя вибрации, использующего плескание воды. J Wind Eng 37: 557–566
Google Scholar
Ноджи Т., Йошида Х., Тацуми Э. и др. (1990) Исследование гидродинамических силовых характеристик устройства и демпфирующего эффекта системы при помощи гидродинамических силовых характеристик устройства и демпфирующего эффекта системы. J Struct Constr Eng 1990: 97–105
Google Scholar
Warnitchai P, Pinkaew T (1998) Моделирование плескания жидкости в прямоугольных резервуарах с устройствами для демпфирования потока. Eng Struct 20: 593–600
Статья Google Scholar
Канеко С., Исикава М. (1999) Моделирование настроенных жидкостных демпферов с погруженными сетками. J Press Vessel Technol 121: 334–344. https://doi.org/10.1115/1.2883724
Артикул Google Scholar
Канеко С., Йошида О. (1999) Моделирование регулируемого жидкостного демпфера глубоководного типа прямоугольного сечения с погруженными сетками. J Press Vessel Technol 121: 413. https://doi.org/10.1115/1.2883724
Артикул Google Scholar
Канеко С., Мизота Ю. (2000) Динамическое моделирование цилиндрического настраиваемого жидкостного демпфера глубоководного типа с затопленной сеткой. J Press Vessel Technol Trans ASME 122: 96–104. https://doi.org/10.1115/1.556156
Артикул Google Scholar
Kosaka H, Noji T, Yoshida H, et al (1992) Эффект демпфирования демпфера контроля вибрации с использованием плескания воды. В: Инженерия землетрясений, Десятая Всемирная конференция. pp 2435–2440
Идельчик И.Е. (1966) Справочник по гидравлическому сопротивлению. Коэффициенты местного сопротивления и трения. Израильская программа научных переводов, Иерусалим
An Y, Wang Z, Ou G et al (2019) Снижение вибрации тросов подвески подвесного моста с помощью настроенного жидкостного демпфера кольцевой формы.Дж. Бридж, англ. 24: 1–12. https://doi.org/10.1061/(ASCE)BE.1943-5592.0001372
Артикул Google Scholar
Таит М.Дж., Эль Даматти А.А., Исюмов Н. (2005) Исследование настроенных жидкостных демпферов, снабженных демпфирующими экранами, при двумерном возбуждении. Earthq Eng Struct Dyn 34: 719–735. https://doi.org/10.1002/eqe.452
Артикул Google Scholar
Таит М.Дж., Эль Даматти А.А., Яюмов Н. (2004) Испытания настроенного жидкостного демпфера с экранами и разработка эквивалентной модели TMD.Wind Struct An Int J 7: 215–234. https://doi.org/10.12989/was.2004.7.4.215
Артикул Google Scholar
Halabian AM, Torki M (2011) Численные исследования применения настроенных жидкостных демпферов с экранами для управления сейсмической реакцией конструкций. Struct Des Tall Spec Build 20: 121–150. https://doi.org/10.1002/tal
Артикул Google Scholar
Morsy H, Marivani M, Hamed MS (2008) Влияние настроенной конфигурации жидкостного демпфера на реакцию конструкции. Девятый Международный конгресс по гидродинамике и движению. Александрия, Египет, стр. 1–10
Google Scholar
Love JS, Tait MJ (2010) Нелинейное моделирование настроенного жидкостного демпфера с демпфирующими экранами с использованием метода модального расширения. J Fluids Struct 26: 1058–1077. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2010.07.004
Артикул Google Scholar
Crowley S, Porter R (2012) Анализ экранных устройств для настроенного жидкостного демпфера. J Fluids Struct 34: 291–309. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2012.06.001
Артикул Google Scholar
Tait MJ (2008) Моделирование и предварительный дизайн системы структура-TLD. Eng Struct 30: 2644–2655.https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2008.02.017
Артикул Google Scholar
Cassolato MR, Love JS, Tait MJ (2011) Моделирование настроенного жидкостного демпфера с наклонными демпфирующими экранами. Struct Control Heal Monit 18: 674–681. https://doi.org/10.1002/stc
Артикул Google Scholar
Маривани М., Хамед М.С. (2014) Численное исследование влияния рисунка экрана предкрылка на конструктивные параметры настроенных жидкостных демпферов.J Fluids Eng 136: 113–123. https://doi.org/10.1115/1.4026662
Артикул Google Scholar
Маривани М., Хамед М.С. (2017) Оценить падение давления на экране предкрылка в колеблющейся жидкости в настроенном жидкостном демпфере. Вычислительные жидкости 156: 384–401. https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2017.08.008
Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar
Hamelin JA, Love JS, Tait MJ, Wilson JC (2013) Настроенные жидкостные амортизаторы с коэффициентом лобового сопротивления экрана, зависящим от числа Кеулегана-Карпентера.J Fluids Struct 43: 271–286. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2013.09.006
Артикул Google Scholar
Anderson JG, Semercigil SE, Turan ÖF (2000) Поглотитель колебаний типа стоячей волны для управления переходными колебаниями. J Sound Vib 232: 839–856. https://doi.org/10.1006/jsvi.1999.2248
Артикул Google Scholar
Anderson JG, Semercigil SE, Turan ÖF (2000) Усовершенствованный гаситель колебаний типа стоячей волны.J Sound Vib 235: 702–710. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.2943
Артикул Google Scholar
Shang CY, Zhao JC (2008) Периоды и рассеяние энергии нового прямоугольного резервуара TLD с регулируемыми по углу перегородками. J Shanghai Jiaotong Univ 13: 139–144. https://doi.org/10.1007/s12204-008-0139-z
Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar
Гоударзи М.А., Саббаг-Язди С.Р., Маркс В. (2010) Исследование демпфирования плескания в прямоугольных резервуарах с перегородками, подверженных динамическому возбуждению.Bull Earthq Eng 8: 1055–1072. https://doi.org/10.1007/s10518-009-9168-8
Артикул Google Scholar
Захрай С.М., Аббаси С., Самали Б., Врчелдж З. (2012) Экспериментальное исследование использования ДВУ с перегородками в уменьшенном 5-этажном эталонном здании. J Fluids Struct 28: 194–210. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2011.08.016
Артикул Google Scholar
Chang P-M, Lou JYK, Lutes LD (1998) Идентификация модели и управление настроенным жидкостным демпфером.
Eng Struct 20: 155–163. https://doi.org/10.1016/S0141-0296(97)00073-4
Артикул Google Scholar
Cammelli S, Li YF, Mijorski S (2016) Журнал ветроэнергетики Смягчение вызванных ветром ускорений с помощью настроенных жидкостных демпферов колонны: экспериментальные и численные исследования. J Wind Eng Ind Aerodyn 155: 174–181. https: // doi.org / 10.1016 / j.jweia.2016.06.002
Артикул Google Scholar
Georgakis CT (2011) Патент США № US 7971397B2
Ueda T, Nakagaki R, Koshida K (1992) Подавление вибрации, вызванной ветром, с помощью динамических демпферов в конструкциях башенного типа. J Wind Eng Ind Aerodyn 43: 1907–1918. https://doi.org/10.1016/0167-6105(92)-D
Артикул Google Scholar
Накагаки К., Арима К., Уэда Т., Кадоу Х. (1990) О естественной вибрации и демпфирующем эффекте настроенного демпфера качания. JSCE J Struct Eng 36A: 591–602
Google Scholar
Verma TK (2017) Осесимметричные формы резервуаров для воды с настраиваемой и независимой от высоты частотой качания, M.Tech Thesis. Индийский технологический институт, Канпур
Тамура Ю., Кусака Р., Моди В.Дж. (1992) Практическое применение нутационного демпфера для подавления вызванных ветром колебаний башен аэропорта.J Wind Eng Ind Aerodyn 41–44: 1919–1930
Артикул Google Scholar
Тамура Ю., Косака Р., Накамура О. и др. (1996) Отклик башни аэропорта, вызванный ветром — эффективность настроенного жидкостного демпфера. J Wind Eng Ind Aerodyn 65: 121–131. https://doi.org/10.1016/S0167-6105(97)00028-7
Артикул Google Scholar
Руис Р.О., Лопес-Гарсия Д.
, Тафланидис А.А. (2015) Моделирование и экспериментальная проверка нового типа настроенного.Acta Mech 227: 3275–3294. https://doi.org/10.1007/s00707-015-1536-7
Артикул Google Scholar
Руис Р.О., Тафланидис А.А., Лопес-Гарсия Д. (2016) Характеристики и конструкция настроенных жидкостных демпферов с плавающей крышей с учетом произвольных поперечных сечений резервуаров. J Sound Vib 368: 36–54. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2016.01.014
Артикул Google Scholar
Ньюман Дж. Н. (1975) Взаимодействие волн с двумерными препятствиями: связь между проблемами излучения и рассеяния. J Fluid Mech 71: 273–282. https://doi.org/10.1017/S002211207500256X
Артикул МАТЕМАТИКА Google Scholar
Уотсон ЭББ, Эванс Д.В. (1991) Резонансные частоты жидкости в контейнерах с внутренними телами. J Eng Math 25: 115–135
MathSciNet Статья Google Scholar
Джеякумаран Р., Макивер П. (1995) Приближение к частотам плескания для прямоугольных резервуаров с внутренней структурой. J Eng Math 29: 537–556. https://doi.org/10.1007/BF00044121
MathSciNet Статья МАТЕМАТИКА Google Scholar
Choun Y, Yun C-B (1996) Характеристики качания в прямоугольном резервуаре с погруженным блоком. Comput Struct 61: 401–413
Статья Google Scholar
Choun Y, Yun C (1999) Анализ выплескивания прямоугольных резервуаров с помощью теории волн малой амплитуды. Earthq Eng Struct Dyn 28: 763–783
Статья Google Scholar
Mitra S, Sinhamahapatra KP (2007) Динамика всплеска заполненных жидкостью контейнеров с погруженными компонентами с использованием метода конечных элементов, основанного на давлении.
J Sound Vib 304: 361–381. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.03.014
Артикул Google Scholar
Askari E, Daneshmand F, Amabili M (2011) Связанные колебания частично заполненного жидкостью цилиндрического контейнера с внутренним телом, включая эффект волн на свободной поверхности. J Fluids Struct 27: 1049–1067. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2011.04.010
Артикул Google Scholar
Nayak SK, Biswal KC (2013) Количественная оценка сейсмического отклика частично заполненного прямоугольного резервуара с жидкостью с погруженным блоком.J Earthq Eng 17: 1023–1062. https://doi.org/10.1080/13632469.2013.789457
Артикул Google Scholar
Наяк С.К., Чандра К. (2016) Нелинейный сейсмический отклик частично заполненного прямоугольного резервуара с жидкостью с погруженным блоком. J Sound Vib 368: 148–173. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2016.01.010
Артикул Google Scholar
Modi VJ, Munshi SR (1998) Эффективный демпфер плескания жидкости для контроля вибрации.Proc Int Offshore Polar Eng Conf 3: 407–414
Google Scholar
Modi VJ, Akinturk A (2002) Эффективный демпфер плескания жидкости для контроля нестабильности, вызванной ветром. J Wind Eng Ind Aerodyn 90: 1907–1918
Артикул Google Scholar
Gardarsson S, Yeh H, Reed D (2001) Поведение настроенных жидкостных амортизаторов с наклонным дном. J Eng Mech 127: 266–271
Статья Google Scholar
Патил Г.Р., Сингх К.Д. (2016) Оценка настроенного жидкостного демпфера с наклонным дном для снижения сейсмической реакции высотных зданий. J Inst Eng Ser A 97: 385–394.
https://doi.org/10.1007/s40030-016-0185-8
Артикул Google Scholar
Pandit AR, Biswal KC (2019) Сейсмический контроль конструкций с использованием настроенного жидкостного демпфера с наклонным дном. Int J Struct Stab Dyn 19: 1950096
MathSciNet Статья Google Scholar
Love JS, Tait MJ (2014) Линейная модель плескания для настроенных жидкостных демпферов 2D с измененной геометрией дна. Can J Civ Eng 14: 106–117
Статья Google Scholar
Chen GD, Lu LY (2008) Текущая разработка функционально модернизированных пассивных устройств для снижения сейсмической реакции. В: 14-я всемирная конференция по сейсмической инженерии
Chen G, Lu LY (2008) Функционально модернизированные пассивные устройства для снижения сейсмической реакции.Smart Struct Syst 4: 741–757. https://doi.org/10.12989/sss.2008.4.6.741
Артикул Google Scholar
Xin Y, Chen G, Lou M (2009) Контроль сейсмической реакции с помощью настроенных жидкостных демпферов с переменной плотностью. Earthq Eng Eng Vib 8: 537–546. https://doi.org/10.1007/s11803-009-9111-7
Артикул Google Scholar
Gnanasambandham C, Eberhard P (2017) Прогнозирование влияния добавленной жидкости в демпфер для частиц с использованием связанного SPH и метода дискретных элементов.Памм 17: 31–32. https://doi.org/10.1002/pamm.201710009
Артикул Google Scholar
Gnanasambandham C, Schönle A, Eberhard P (2019) Исследование диссипативных эффектов заполненных жидкостью демпферов для частиц с использованием связанных методов DEM — SPH. Comput Part Mech 6: 257–269. https://doi.org/10.1007/s40571-018-0212-9
Артикул Google Scholar
Sauret A, Boulogne F, Cappello J et al (2015) Демпфирование всплесков жидкости пеной.Физические жидкости 27: 1–16. https://doi.org/10.1063/1.4
Артикул Google Scholar
Джу Ю.К., Юн С.В., Ким С.Д. (2004) Экспериментальная оценка настроенной жидкостной демпферной системы. Proc Inst Civ Eng Struct Build 157: 251–262. https://doi.org/10.1680/stbu.2004.157.4.251
Артикул Google Scholar
Anderson JG, Turan ÖF, Semercigil SE (2001) Эксперименты по контролю за плесканием в цилиндрических контейнерах.J Sound Vib 240: 398–404. https://doi.org/10.1006/jsvi.2000.3121
Артикул Google Scholar
Hasan A et al. (2008) Вдохновляющее новшество — Одна западная башня короля. Struct Mag, июнь, стр. 34–37. https://doi.org/10.1161/01.STR.32.1.139
Лахей Дж., Фая М.В., Клеменчич Р., Йоханссон О. (2008) История двух городов: совместные инновации для экологичных башен Джон. В: 8-й Всемирный конгресс CTBUH, Дубай.3–5 марта. pp 1–11
Обзор пассивных электромагнитных устройств для гашения и изоляции вибрации
Пассивные электромагнитные устройства для гашения и изоляции вибрации становятся реальной альтернативой традиционным методам механической вибрации и изоляции. Эти типы устройств обладают хорошей демпфирующей способностью, более низкой стоимостью, нулевым потреблением энергии и более высокой надежностью. В этой работе был сделан обзор современного состояния, в котором были выделены преимущества и недостатки, области применения и уровень технологической готовности самых последних разработок.Кроме того, в общем вводном разделе представлены ключевые соображения, которые необходимо знать любому инженеру, электрику или механику, для глубокого понимания и правильной конструкции этих типов устройств.
1. Введение
Вибрации создают серьезные проблемы и проблемы в механических системах, такие как усталость, разрушение и потеря энергии [1, 2].
Поэтому очень важно гасить вибрации для общей производительности и долговечности машин и механизмов. Характеристики новых магнитных материалов в сочетании с инструментами оптимизации позволяют разрабатывать эффективные и настраиваемые методы гашения вибрации и / или изоляции.Кроме того, электромагнитное демпфирование и изоляция могут быть чистыми и экологически безопасными, поскольку нет необходимости в использовании жидкостей (за исключением магнитореологических демпферов). Таким образом, они могут применяться в чистых, суровых и / или экстремальных температурных условиях, таких как космос, аэрокосмическая промышленность, электромобили или производство микротехнологий. Поскольку они обеспечивают демпфирование за счет бесконтактных магнитных сил, большинство проблем трения и износа обычных демпферов также исчезают, повышая их надежность. Тем не менее, есть еще важные проблемы, которые необходимо решить, такие как оптимизация конструкции, производительность, стоимость, старение устройства, снижение внешних электромагнитных помех или настройка частоты.
В этой статье можно найти два различных типа устройств электромагнитного демпфирования: активные и пассивные. Активные устройства — это те устройства, которые измеряют вибрацию в реальном времени и соответствующим образом реагируют на решение активной системы управления. Эти устройства обладают выдающейся индивидуальной производительностью. Однако для них требуются системы управления, системы электропитания и датчики, которые увеличивают общую сложность, цену и потребление энергии, снижая надежность устройства. С другой стороны, пассивные устройства спроектированы и изготовлены так, чтобы определенным образом реагировать на вибрацию без необходимости активной обратной связи и управления.Они гибкие и могут настраиваться по конструкции или во время сборки, но не во время эксплуатации. Эти типы устройств имеют более низкую стоимость и более высокую надежность за счет более низкой производительности при определенных колебаниях вибрации.
В этой статье мы сосредоточимся на пассивных электромагнитных устройствах для вибрации, демпфирования и изоляции (PEDVDI) из-за их более широкого применения. Основные задачи PEDVDI — обеспечить, по крайней мере, такую же демпфирующую способность с точки зрения коэффициентов демпфирования и жесткости при той же массе, сроке службы и надежности обычных механических демпферов и, конечно же, по конкурентоспособной цене.
Применение электромагнитных устройств требует знания различных инженерных дисциплин. Обычно они разрабатываются и производятся инженерами-электриками. Инженеры-электрики тестируют устройства и предоставляют данные о характеристиках устройства по некоторым общеизвестным параметрам. Однако окончательные варианты применения устройств, которые иногда требуют определенных значений производительности, обычно разрабатываются и выбираются инженерами-механиками. Таким образом, важно правильно связать эти два поля, чтобы получить более эффективные и оптимизированные устройства.
Одна из основных целей данной статьи — обобщить и показать общую информацию обо всех типах пассивных электромагнитных устройств, применяемых для гашения и виброизоляции. PEDVDI были разделены на следующие категории: вихретоковые демпферы (ECD), электромагнитные шунтирующие демпферы (EMSD), магнитные демпферы отрицательной жесткости (MNSD) и пассивные магнитореологические демпферы (PMRD). Это обеспечивает широкий обзор существующих технологий для правильного выбора приложений. Вторая цель этой статьи — собрать и представить недавние и выдающиеся исследовательские статьи по пассивным электромагнитным устройствам для гашения и изоляции вибрации в гражданском и машиностроении, а также в космических приложениях.Дается сравнение производительности и области применения с выделением основных отличий, плюсов и минусов.
Помимо самого обзора технологии, общий вводный раздел касается основных соображений и ключевых параметров проектирования, которые необходимо знать любому инженеру, электрическому или механическому, для глубокого понимания любых характеристик PEDVDI.
Поэтому статью можно использовать как руководство по дизайну для конкретных приложений. Более того, поскольку он описывает общий дизайн для каждой технологии, его можно использовать в качестве отправной точки для новых дизайнов.
Этот документ организован следующим образом: Раздел 2 относится к общим соображениям проектирования PEDVDI, Раздел 3 описывает обзор различных исследованных технологий: ECD в Разделе 3.1, Раздел 3.2 представляет собой обзор EMSD, а Раздел 3.3 показывает обзор МНСД. Статьи заканчиваются обзором PMRD, описанным в разделе 3.4. Наконец, общие выводы перечислены в Разделе 4.
2. Общие соображения по проектированию электромагнитных демпферов и изоляторов
При разработке PEDVDI в основном используются три типа материалов: парамагнитные, мягкие ферромагнитные и жесткие ферромагнетики.Внешние статические магнитные поля слабо влияют на парамагнитные материалы. Общие парамагнитные материалы, используемые в конструкциях, — это алюминий, медь, титан или полимеры. Однако при выборе парамагнитных материалов необходимо тщательно учитывать их электропроводность, как мы опишем позже. Даже если они инертны к статическим внешним магнитным полям, они могут сильно реагировать на переменные магнитные поля, если они являются хорошими проводниками. Если парамагнитный материал находится внутри статического намагничивающего поля H , его магнитная поляризация M пренебрежимо мала, действуя так, как если бы они были воздухом или вакуумом.
Напротив, ферромагнитные материалы реагируют на внешние магнитные поля H . Если к ферромагнитному материалу приложить внешнее магнитное поле, он намагнитится, значительно увеличивая его объемную намагниченность M и, таким образом, общую плотность магнитного потока B , то есть большее магнитное поле накапливается в том же объеме. Магнитное поведение ферромагнитных материалов не является линейным, но следует кривой гистерезиса (рисунок 1).
На основании значения намагниченности B R и коэрцитивной силы H C мы можем определить, является ли исследуемый образец твердым или магнитомягким материалом.
Материалы с большой остаточной намагниченностью и большим коэрцитивным полем называются твердыми магнитными материалами, потому что их трудно размагнитить. И наоборот, магнитомягкие материалы имеют очень низкую остаточную магнитную индукцию и низкое коэрцитивное поле, поэтому они легко размагничиваются.
Магнитомягкие материалы имеют тонкую кривую гистерезиса, поэтому они обычно используются в приложениях, где полярность меняется очень часто, например, в трансформаторах и обмотках двигателей.Магнитомягкие материалы могут нести относительно небольшие электрические потери. Ширина петли гистерезиса многое говорит о потерях. Твердые магнитные материалы имеют очень широкую кривую гистерезиса, что делает их практичными в приложениях, где они воздействуют своим магнитным полем на магнитомягкие материалы. Их наклон размагничивания на нулевой линии очень пологий и не увеличивается до тех пор, пока не уйдет далеко левее нулевой линии. Если бы твердые магнитные материалы меняли полярность очень часто, потери на гистерезис были бы огромными.Гистерезисные потери могут использоваться в магнитных амортизаторах в качестве механизма преобразования и рассеивания кинетической энергии, как показано в разделе 3.4.
Общие значения электромагнитных свойств для различных технических материалов приведены в таблице 1.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
01–0.06В приложениях машиностроения мы использовали магнитные материалы для приложения сил между собой, чтобы создать крутящий момент. двигатели или демпфирующие силы как в PEDVDI.Магнитные силы между двумя магнитными элементами зависят от силы и ориентации магнитного поля, которое элемент 1 прикладывает к элементу 2, а также от силы и направления намагничивания элемента 2 [3–6]. Сила, которую элемент 1 оказывает на 2, зависит от градиента его объемной намагниченности M и от магнитного поля, создаваемого элементом 2:
Таким образом, чем больше его намагниченность, тем больше будут силы, действующие на него.
Материалы с очень большими значениями намагниченности испытывают большие силы в том же внешнем магнитном поле.Внутри материалы с очень большой намагниченностью создают более сильные внешние магнитные поля. Следовательно, в первом члене, чем больше намагниченность элементов, тем больше будут силы, действующие на устройство. Более того, напряженность магнитного поля, создаваемого определенным элементом в своем окружении, обратно пропорциональна кубу расстояния. Следовательно, очень важно максимально приблизить магнитные элементы, чтобы увеличить магнитные силы. Воздушные зазоры между движущимися элементами всегда должны быть минимизированы.
Существует два основных метода достижения больших намагниченностей внутри определенного объема: непостоянное намагничивание мягких ферромагнитных материалов и постоянное намагничивание твердых ферромагнитных материалов. Непостоянное намагничивание обычно достигается за счет намагничивающих полей, создаваемых токами, циркулирующими через катушки или обмотки в устройстве. На этот вариант не влияют другие явления при условии поддержания тока, поэтому это надежный метод. Его основная проблема заключается в том, что он требует непрерывного энергопотребления и контроля тока.
Постоянное намагничивание твердых ферромагнитных материалов имеет главное преимущество, которое состоит в том, что не требуется протекания постоянных токов, поскольку намагничивание выполняется один раз на заводе. Однако следует учитывать и другие проблемы. Например, поскольку намагничивание является постоянным, силы между магнитами всегда будут появляться даже в нежелательной ориентации, поэтому важно проанализировать магнитные силы в каждом из положений движения. Постоянные намагниченности обычно имеют более низкую плотность магнитного потока на материалах по сравнению с полностью насыщенными мягкими ферромагнитными материалами.Постоянные магниты, будучи однажды полностью намагниченными, сохраняют магнетизм постоянно, но его интенсивность не остается постоянной и обычно постепенно уменьшается с течением времени.
Это изменение известно как старение постоянного магнита, которое вызывается либо естественным путем, либо внешним воздействием. Вышеупомянутые внешние возмущения можно разделить на следующие четыре типа в зависимости от характеристик: изменение сопротивления магнитной цепи, приложение внешнего поля, механический удар и изменение температуры [7].
Для экстремальных применений, таких как космос или криогенная среда, другие аспекты также существенно влияют на постоянное намагничивание. Излучение, которое используется в космических приложениях, может постоянно размагничивать магниты [8]. Поэтому следует учитывать особые меры при правильном выборе материалов, даже если они имеют более низкую остаточную намагничиваемость или защиту от излучения. Температура также играет важную роль при анализе постоянной намагниченности. Для всех постоянных магнитов повышение температуры означает потерю намагниченности.Некоторые материалы, такие как SmCo, могут выдерживать более высокие температуры, чем другие, но высокие температуры всегда подразумевают проблемы с постоянным намагничиванием. Напротив, более низкие температуры обычно увеличивают остаточную намагниченность для большинства материалов [9, 10]. Тем не менее, при более низких температурах постоянные магниты становятся более хрупкими, поэтому в приложениях с очень большими магнитными силами может потребоваться усиление стенок магнитных элементов.
Как указано, магнитные силы создаются приложением внешних магнитных полей к намагниченным объемам.Это, безусловно, означает, что объемная намагниченность изменяется в соответствии с кривой гистерезиса материала. Если в устройстве есть постоянные магниты, их следует проверить на возможное размагничивание, вызванное внешними магнитными полями. Обычно в конце анализа требуется только простая проверка. Проверка выполняется соответственно: найти максимально возможную температуру внутри магнита и найти минимально возможное значение поля внутри магнита, заданное с помощью модели метода конечных элементов (МКЭ).
Эти самые низкие значения параметрической модели следует рассматривать как средние значения внутри магнита.Затем, используя кривую BH используемого материала магнита, убедитесь, что точка самого низкого значения поля находится выше точки перегиба (точки, где изменения намагниченности значительны и необратимы) [11].
Еще одним важным моментом для анализа в электромагнитных устройствах является генерация вихревых токов и связанные с этим проблемы и / или преимущества. Когда магниты движутся по внутреннему проводнику, движущееся магнитное поле индуцирует вихревой ток в проводнике. Поток электронов в проводнике немедленно создает противоположное магнитное поле, генерируя силы Лоренца, которые приводят к затуханию движения магнита и выделяют тепло внутри проводника.Количество энергии, передаваемой проводнику в виде тепла, равно изменению кинетической энергии, теряемой магнитами.
Потери мощности из-за вихревых токов в проводящем листе на единицу массы можно рассчитать следующим образом: где потеря мощности на единицу массы (Вт / кг), B p — пик движущегося магнитного поля ( Тл). ), d — толщина листа (м), σ — электропроводность проводящего листа (См / м), D — плотность проводящего листа (кг / м 3 ) и f — частота колебаний (Гц) или изменение приложенного магнитного поля.Таким образом, потери мощности напрямую зависят от проводимости материала, квадратично с приложенным магнитным полем к проводящему элементу и от геометрических размеров. Компонента магнитного поля, которая влияет на генерацию вихревых токов, перпендикулярна листу. Это необходимо учитывать при проектировании демпфирования вихретокового движения.
Уравнение (3) справедливо только в так называемых квазистатических условиях, когда частота движения магнита недостаточно высока для создания скин-эффекта, т.е.е., электромагнитная волна полностью проникает в материал. Что касается очень быстро меняющихся полей, магнитное поле не проникает в материал полностью.
Однако увеличение частоты одного и того же значения поля всегда будет увеличивать вихревые токи, даже при неоднородном проникновении поля. Глубина скин-слоя или глубина проникновения, δ , определяется как глубина, на которой плотность тока составляет всего 1/ e (около 37%) по отношению к значению на поверхности. Глубину проникновения для хорошего проводника можно рассчитать по следующему уравнению [12]: где δ — глубина проникновения (м), f — частота (Гц), μ — магнитная проницаемость материала (H / м), а σ — удельная электропроводность материала (См / м).Глубина проникновения для различных материалов показана на рисунке 2. В качестве критерия проектирования глубина проникновения при определенной частоте должна быть в том же порядке, что и характерное геометрическое значение проводящих элементов. Это позволяет максимально увеличить генерацию вихревых токов и, следовательно, демпфирующие силы.
Генерация вихревых токов может быть связана с механическим демпфированием. В вязком демпфере механические потери мощности могут быть выражены как где F D — демпфирующая сила и скорость движущейся массы.Связав потери мощности на вихревых токах и механические потери мощности, мы можем утверждать, что
Частота колебательного линейного движения прямо пропорциональна амплитуде линейной скорости как, где A — амплитуда смещения. Таким образом, мы можем определить, что отношение демпфирующей силы к скорости является постоянным c в зависимости от электромагнитного поведения вихревых токов как
Следовательно, чтобы максимизировать коэффициент демпфирования, необходимо оптимизировать несколько параметров. Если приложенное магнитное поле больше, коэффициент демпфирования будет увеличиваться квадратично.Как уже говорилось, максимизировать генерируемое магнитное поле можно, выбрав материал с большой намагниченностью и уменьшив расстояния между магнитом генератора магнитного поля и проводящим элементом.
За счет уменьшения амплитуды движения коэффициент демпфирования также может быть больше. При попытке не гасить движение, а сделать его более плавным, необходимо принять во внимание противоположные соображения.
Магнитные силы — это объемные силы, которые зависят от направления и ориентации намагниченности и магнитного поля.В некоторых конструкциях могут потребоваться силы в радиальном, касательном или продольном направлениях, чтобы гасить или передавать силы. Однако в большинстве случаев требуется только одно направление сил, в то время как два других направления должны быть ограничены или заблокированы. Если они не заблокированы, могут появиться нежелательные движения. Теорема Ирншоу утверждает, что совокупность постоянных магнитов не может поддерживаться в стабильной стационарной равновесной конфигурации сами по себе, поэтому механические ограничения должны быть включены в любое устройство.Эти механические ограничения или кинематические пары создают нежелательное трение. Следовательно, чтобы минимизировать нагрузки на эти кинематические пары, настоятельно рекомендуется использовать симметричные магнитные конфигурации и сбалансированные узлы. Это означает включение пар магнитов вместо нечетного числа магнитов с противоположными направлениями и симметричными конфигурациями магнитной массы.
Мы можем суммировать некоторые ключевые соображения при проектировании электромагнитных демпферов и изоляторов следующим образом: (i) чем больше намагниченность элементов, тем больше будут силы (ii) воздушные зазоры между движущимися элементами должны быть всегда минимизированы (iii) постоянные магниты должны (iv) На остаточную магнитную индукцию постоянных магнитов влияют механические удары и внешние поля (v) Температура также является критическим аспектом для остаточной магнитной индукции постоянного магнита (vi) Необходимо анализировать и предотвращать размагничивание пары постоянных магнитов ( vii) Затухание вихревых токов квадратично зависит от приложенного магнитного поля (viii) Глубина проникновения на определенной частоте должна быть проанализирована при затухании вихревых токов (ix) Магнитные узлы должны быть симметричными и магнитно-сбалансированными, если это возможно (x) Простые и стандартные формы магнита например, цилиндры, кольца или блоки на прототипах должны быть выбраны.
В следующих разделах мы рассмотрим различные типы PEDVDI, проанализировав их характеристики и конструктивные свойства, а также области их применения и производительность.
3. Пассивные электромагнитные технологии для гашения и изоляции вибрации
3.1. Вихретоковые демпферы
Вихретоковые демпферы (ECD) основаны на взаимодействии между немагнитным проводящим материалом и изменяющимся во времени магнитным полем при их относительном движении. Вихревые токи генерируются либо движением проводящего материала через неподвижный магнит, либо изменением силы или положения источника магнитного поля.Это индуцирует магнитное поле с противоположной полярностью по отношению к приложенному полю и отталкивающую электродвижущую силу (ЭДС), которая зависит от скорости изменения приложенного поля, как показано в разделе 2. Из-за внутреннего сопротивления проводящего материала наведенные токи рассеиваются в тепло. и энергия, преобразованная из системы, удаляется [14].
Общая конструкция ECD изображена на рисунке 3. Он состоит из набора постоянных магнитов, обычно сделанных из NdFeB или SmCo из-за их большого магнитного качества, которые выровнены перед токопроводящими элементами из алюминия или меди (предпочтительно так как его проводимость самая большая).В настоящее время конструкция и оптимизация устройства выполняются посредством численного моделирования распределения магнитного поля и вихревых токов, как правило, на основе МКЭ.
На этапе проектирования необходимо учитывать три основных момента, чтобы повысить коэффициент демпфирования ECD. Во-первых, правильно сориентировать полюса постоянных магнитов по отношению к проводящим элементам. Компоненты вектора магнитного поля должны быть максимально перпендикулярны проводящей плоскости, поскольку эти компоненты генерируют вихревые токи.Однако есть случаи, когда поляризационная способность магнита мешает оптимальному расположению магнитов, например, радиальное намагничивание может быть оптимальным выбором для цилиндрических устройств, но магниты с радиальной поляризацией еще не так сильны, как магниты с осевой поляризацией.
Второй момент — максимизировать вариацию магнитного поля, то есть максимизировать размах приложенного магнитного поля. Этого максимизации можно добиться, сочетая уменьшенные воздушные зазоры, большие вариации смещения, высокое магнитное качество постоянных магнитов и большие размеры магнитов.Альтернативой большим магнитам может быть сборка большего количества магнитов, но меньшего размера. Таким образом, вихревые токи, генерируемые одним магнитом, будут меньше, но умножены на количество магнитов. С определенного момента увеличение размера магнитов не увеличивает приложенное магнитное поле; следовательно, существует оптимизированный размер, при котором более целесообразно добавлять другие магниты с альтернативной поляризацией вместо увеличения размера собственного магнита.
Третий и наиболее актуальный метод увеличения коэффициента демпфирования заключается в кинематическом увеличении движения постоянных магнитов в сторону более быстрого, т.е.е., большая частота изменения, движения магнита. Мы считаем этот метод наиболее актуальным, поскольку существует множество механических вариантов для увеличения или увеличения движения магнита в направлении максимизации вариации магнитного поля. Распространенным методом является соединение ступени увеличения механической скорости между источником вибрации и рамой магнитов. Выбор увеличения механической скорости будет зависеть от типа смещения источника вибрации. Обычно это делается с помощью элементов гусеничной шестерни или рычагов [15] для линейных колебаний и планетарных мультипликаторов скорости для вращательных колебаний.Этот последний тип устройств широко используется в аэрокосмической сфере [16, 17]. Эти промышленные элементы работают при температуре от -40 до + 70 ° C, имея значительные колебания в демпфировании в зависимости от рабочей температуры. Изменение коэффициента демпфирования в зависимости от температуры обычно составляет -0,5% / ° C. Основным недостатком использования механических умножителей является то, что эта деталь может нуждаться в обслуживании, смазке и, конечно, контакте, что ограничивает те преимущества, которые обеспечивают вихретоковые демпферы.Кроме того, механические проблемы, такие как большие гистерезисные силы или люфт зубчатого колеса, не позволяют использовать их в приложениях для гашения вибраций с низкой амплитудой, таких как микровибрации [18, 19]. Для решения этих проблем был предложен и успешно испытан выдающийся и уникальный вихретоковый магнитный демпфер с механическим умножением [20]. Это коммерческое устройство включает в себя инновационную ступень умножения, выполненную с помощью линейной магнитной передачи вместо механической, которая предотвращает почти все проблемы, возникающие в обычных механических ступенях умножения, обеспечивая отличные результаты как при комнатной, так и при высоких температурах, с коэффициентом демпфирования 35000 Нс / м для Устройство 19 кг [21].Этот вихретоковый демпфер имеет один из лучших когда-либо продемонстрированных удельных коэффициентов демпфирования, 1842 Нс / м · кг, что делает его очень подходящим для автомобилей и самолетов. Демпфер, испытанный в [20], имеет диапазон рабочих температур от –40 до + 250 ° C с очень низкой сложностью его движущихся частей. Главный минус в том, что магнитные детали создают магнитное загрязнение в своем окружении.
Есть несколько исследовательских статей, связанных с РДМВ. Ан [22] представляет методику проектирования ECD для ступени движения линейного двигателя.Это устройство преодолевает недостатки механизма пружинного типа, такие как резонанс и трудности сборки из-за пружины. Однако конструкция проста и ограничена конкретной ступенью линейного двигателя. В [23] демпфирование вихревых токов применяется в пассивном демпфере настроенной массы с использованием массива магнитов Хальбаха, установленных на медной пластине. Они продемонстрировали, что толщина листа сильно влияет на коэффициент демпфирования, переходя от 25 Нс / м для листа толщиной 4 мм до более чем 35 Нс / м, если размер листа составляет 20 мм для постоянной скорости.Berardengo et al. [24] представили новый тип адаптивного настраиваемого демпфера массы на основе сплавов с памятью формы и демпфирования вихревых токов. Первый элемент используется для адаптации собственной частоты устройства, а второй — для настройки демпфирования. Опять же, коэффициент демпфирования сильно зависит от геометрических параметров и компоновки. Это может быть преимуществом в процессе проектирования, поскольку дает конструкторам гибкость, но может привести к нежелательной производительности, если некоторые геометрические значения изменяются во время сборки или эксплуатации.
Помимо исследований, проведенных в предыдущих источниках, можно найти и другие приложения, такие как гражданское строительство, роторные приложения, прецизионные приборы, робототехника или автомобилестроение. Например, Jo et al. [25] предложили включить ECD в прецизионную ступень с воздушным подшипником для улучшения характеристик виброизоляции. Магнитная матрица Хальбаха была разработана для увеличения плотности магнитного потока ECD, поскольку более сильное магнитное поле создает большую демпфирующую силу.В этом случае гаснут колебания ниже 100 Гц; однако указанные выше вибрации не гасятся эффективно. Это объясняется тем, что коэффициент демпфирования ECD уменьшается с частотой, как также было обнаружено в предыдущих ссылках. ECD также может работать независимо или в комбинации с настроенными массовыми демпферами (TMD) [26, 27] или магнитореологическими демпферами [28]. В любом случае, ссылки [22–28] далеки от дизайна, ориентированного на продукт, и они остались такими же интересными прототипами для проверки концепции.
Основная коммерческая область применения вихретоковых демпферов — аэрокосмические механизмы, где чистота и надежность являются критическими требованиями.Поскольку техническое обслуживание довольно сложно осуществить, а условия эксплуатации в аэрокосмической отрасли суровые, демпфирующее устройство должно иметь длительный усталостный ресурс, высокую надежность и хорошую применимость в условиях вакуума и теплового преобразования. Вихретоковые демпферы с инстинктивной природой, такие как бесконтактность, отсутствие утечек и простота реализации, становятся кандидатом для подавления вибраций в системе аэрокосмического применения. Конструкции и исполнения ДЗЭ различаются в зависимости от производителя.Хотя конструкция и «температурные факторы» могут варьироваться от производителя к производителю, основной принцип использования высокоскоростного магнитного демпфера и редуктора для увеличения скорости демпфирования и допустимого крутящего момента практически универсален [29, 30]. В предыдущих исследованиях сообщалось, что гасители вращательных вихревых токов демонстрируют коэффициенты демпфирования от 24 до 1000 Нм / рад. Удельный коэффициент демпфирования этих устройств составляет от 1000 до 2000 Нс / м · кг. Коэффициент демпфирования зависит от частоты, значительно уменьшаясь для частот выше 50 Гц.Следовательно, они подходят для демпфирования низких частот, но не очень эффективны на этих частотах. Они оба используют один магнит против медной пластины, и оба вычисляют эквивалентный коэффициент вязкого демпфирования по кривой гистерезиса сила-смещение.
Также можно найти другие приложения, ориентированные на продукт. Для высокоточных и высокоточных инструментов, таких как сканирующая туннельная микроскопия (СТМ) и атомно-силовые микроскопы (АСМ), эффективная изоляция вибраций окружающей среды играет ключевую роль.В литературе представлены и проанализированы различные типы вихретоковых демпферов. Сравнение одно- и двухступенчатых подпружиненных систем с магнитным демпфированием вихревых токов показало приемлемые уровни виброизоляции [31]. Преимущество использования вихретоковых демпферов заключается в том, что избегают использования смазываемых консистентной смазкой элементов рядом с датчиком, которые могут повредить приборы. Большинство современных СТМ и АСМ используют гашение магнитных вихревых токов для изоляции низкочастотных колебаний [32, 33]. Типичные значения коэффициента затухания для вихретоковых демпферов, применяемых в приборах, варьируются от 0.От 25 нс / м до 5 нс / м. Для научных наземных приборов конкретный коэффициент демпфирования не имеет значения. ECD в [33] использовался в диапазонах давлений от 10 −7 Па до 10 −9 Па, показывая значительное ослабление вибрационного смещения от 50 нм при 16 Гц на входе до всего 50 пм при 16 Гц после с помощью ECD. Основная ошибка ДЭЗ в СТМ и АСМ — это магнитное загрязнение, которое ДЭЗ может вызвать в системе и в образцах.
Более того, активные электромагнитные демпферы, используемые в системах подвески автомобилей, также привлекли большое внимание в последние годы из-за разработок в силовой электронике, материалах с постоянными магнитами и микроэлектронных системах.Одним из основных недостатков этих электромагнитных демпферов является то, что они не являются отказоустойчивыми в случае сбоя питания. Пассивный демпфирующий элемент может сделать активные электромагнитные демпферы отказоустойчивыми. ECD может использоваться в электромагнитных амортизаторах, обеспечивая пассивное демпфирование для отказоустойчивого гибридного электромагнитного демпфера. ECD для автомобильных приложений продемонстрировал коэффициент демпфирования 1880 Нс / м для веса 3,25 кг [34], что приводит к удельной плотности демпфирования 578 Нс / м · кг. Однако сравнение ECD, представленного в [34], с пассивными амортизаторами, имеющимися в продаже, показывает, что размер и стоимость ECD выше, чем у пассивных масляных амортизаторов.Кроме того, стоимость ECD более чем в два раза превышает стоимость коммерческого пассивного демпфера из-за высокой стоимости редкоземельных магнитов. Вот почему важно оптимизировать выбор форм и размеров также для снижения затрат, а не только для повышения производительности, как рекомендовано в Разделе 2.
Напротив, ECD не широко использовался для приложений гражданского строительства, потому что его производительность остается довольно ограниченным из-за низкой плотности рассеяния энергии. ECD может предложить преимущества в гашении вибраций здания по сравнению с другими демпфирующими устройствами, такими как гашение трения и гашение вязкой жидкости.Заметным преимуществом является то, что вихретоковые демпферы могут работать вне помещений в суровых температурных условиях. Кроме того, внутри демпфера нет жидкости, и создание демпфирования не зависит от трения, что потенциально увеличивает срок службы вихретокового демпфера и снижает требования к техническому обслуживанию [35, 36]. В этих исследованиях было продемонстрировано, что предположение о линейном демпфировании в аналитической модели справедливо только для ограниченного диапазона низкой скорости и этой скорости. Таким образом, при разработке ECD важно определить целевой частотный диапазон, поскольку для высоких частот они не так эффективны.Однако для крупномасштабных массивных конструкций необходимое демпфирование будет на несколько порядков больше, чем для вихретоковых демпферов, применяемых в механизмах. Поэтому более практично и экономично применять вихретоковые демпферы в качестве демпфирующего элемента для поглотителя резонансного типа или настроенного демпфера массы. Вспомогательные массовые веса TMD составляют лишь небольшую часть (обычно 0,5–2%) контролируемой модальной массы первичной конструкции, а демпфирование, необходимое для смягчения вибрации вспомогательной массы TMD, значительно снижается.ECD, оптимизированный для TMD, продемонстрировал коэффициент демпфирования 321,34 Нс / м при массе 2 кг.
И последнее, но не менее важное: EDC можно найти в производственных приложениях [37], особенно в роботизированном фрезеровании. Этот тип обработки стал новым выбором для обработки деталей большой сложной конструкции. Однако из-за своей серийной конструкции промышленный робот имеет несколько ограничений, таких как низкая жесткость, которая приводит к низкой точности обработки из-за вибраций. Чтобы смягчить эти вибрации, был разработан новый ECD для подавления вибрации в процессе роботизированного фрезерования [38].Предлагаемый ECD представляет собой многополюсный набор магнитов на медной пластине, ориентированный для гашения двух направлений колебаний. Коэффициент демпфирования, измеренный в этом элементе, составляет 165,6 Нс / м при массе 0,6 кг, что приводит к удельному коэффициенту демпфирования 276 Нс / м · кг. Результаты показали, что пики FRF острия инструмента, вызванные режимами фрезерного инструмента, были демпфированы на 22,1% и 12,4% соответственно по вертикальной оси, что увеличивает точность процесса фрезерования и надежность инструмента.
В заключение, ECD могут увеличить демпфирующие свойства конструкций, к которым они прикреплены, в более широком диапазоне частот по сравнению с классическими настроенными массовыми демпферами. Кроме того, они чистые и термостойкие, и они не очень чувствительны к изменению структурных модальных частот, поэтому обладают хорошей устойчивостью. Более того, ECD являются пассивными амортизаторами и не требуют сложных законов управления, поэтому их легко реализовать. Эти преимущества делают ECD хорошим выбором для гашения вибрации в механических системах.
3.2. Электромагнитные шунтирующие демпферы
Электромагнитный шунтирующий демпфер (EMSD) — это, по сути, электромагнитный двигатель / генератор, подключенный к шунтирующей цепи (Рисунок 4), в которой электромагнитный двигатель преобразует механические колебания в электрическую энергию, а конструкция шунтирующей цепи контролирует характерное поведение EMSD [39, 40]. Основными особенностями EMSD являются: простая конструкция, пассивное управление, сбор энергии и умножение движений.
Аналогия между механическими и электрическими системами позволяет создавать гибкие конструкции EMSD за счет регулировки внешней цепи электрического шунта, которая, как правило, имеет компактные размеры и позволяет легко заменять элементы.Когда EMSD комбинируются с компонентами зубчатой передачи, как в [41], EMSD могут преобразовывать линейное движение во вращательное движение и обеспечивать большую демпфирующую силу при небольшом размере / весе. Кроме того, в отличие от обычных демпферов, которые рассеивают кинетическую энергию в тепло, EMSD преобразует кинетическую энергию в электрическую за счет эффекта электромеханической связи, где электрическая энергия может быть потенциально собрана и повторно использована для других функций, если это необходимо. Однако оптимальная производительность EMSD неизбежно ограничивается внутренним сопротивлением катушек двигателя и элементов схемы (таких как катушки индуктивности и конденсаторы) в практических приложениях.
У этой пассивной демпферной системы есть два основных практических преимущества. Во-первых, энергия вибрации не просто рассеивается, но и может быть повторно использована. В [42] исследователи продемонстрировали, что с помощью EMSD вибрации ослабляются, а энергия передается в электрическую цепь для ее использования. Во-вторых, энергия вибрации, передаваемая амортизатору, может легко передаваться по проводам. Это позволяет размещать диссипацию в других местах, удаленных от источника вибрации. Например, в [43] EMSD показал, что он способен изолировать колебания первого и третьего порядка (более 80 Гц) вдали от источника колебаний.В приложениях, где тепловая генерация на месте является критической проблемой, например, в криогенных или космических приложениях, возможность выбора наиболее подходящего места для рассеивания тепла является интересной особенностью. С другой стороны, EMSD имеют несколько ограничений; например, наличие собственного сопротивления значительно ограничивает максимальное демпфирование и вызывает отклонение характеристик демпфера от проектных. Более того, выработка электроэнергии EMSD, работающего как сборщик энергии, ограничена резонансным возбуждением, как показано в [44]; поэтому должны применяться другие методы, такие как методы с несколькими генераторами или многорезонансные режимы.Маринкович и Козер [45] показали, что энергия в широком диапазоне частот извлекается из вибраций с использованием метода нескольких генераторов; однако его демпфирующая способность на частотах ниже 20 Гц значительно снижается, поскольку он действует как полосовой фильтр. В [46] был использован метод мультирезонансного режима, в котором показано устройство с двумя степенями свободы, которое имеет два резонансных пика, которые можно настраивать независимо, поддерживая достаточно равномерную выходную мощность во всем диапазоне частот.
Основными областями применения EMSD являются микровибрация [47], сбор низкочастотной энергии [48–52], в основном для приложений микроэлектроники, и регенеративные амортизаторы в основном для транспортных средств [53–57].Также можно найти другие приложения, такие как сбор энергии движения человека или сочетание с настроенными поглотителями массы [58–60]. В любом случае все найденные разработки ограничиваются лабораторным демонстратором или приложениями и далеки от его широкой коммерциализации.
Недавние исследования EMSD, применяемых для сбора энергии в микроэлектронике, разделены на три группы в соответствии с их целями и подходами. Главное — уменьшить резонансную частоту комбайна, чтобы улавливать низкочастотную энергию вибрации из окружающей среды.Кроме того, ведется поиск расширения полосы пропускания комбайна, используемого в современной технологии, для увеличения использования энергии случайных колебаний [61]. Невозможно сделать идеальный комбайн с низкой резонансной частотой, широкой полосой частот и одновременно хорошими выходными характеристиками.
В [62] сбор мощности просто достигается за счет относительных колебаний между постоянным магнитом, который может свободно перемещаться внутри электрической катушки с трубками с двухсторонними стопорами и напрямую соединен с источником вибрации.Предлагаемый комбайн со свободным / ударным движением демонстрирует нерезонансное поведение, при котором выходная мощность непрерывно увеличивается с увеличением входной частоты и / или амплитуды. Кроме того, допустимое свободное движение позволяет получить значительную мощность на низких частотах. Следовательно, предлагаемый харвестер хорошо подходит для приложений, связанных с колебаниями переменной большой амплитуды и низкой частотой, например, в устройствах, приводимых в движение человеком. Другой пример нерезонансного магнитомеханического устройства сбора низкочастотной вибрационной энергии можно найти в [63].В этой статье комбайн энергии преобразует вибрации в электрический заряд с помощью управляемого левитирующего магнита, колеблющегося внутри многооборотной катушки, которая закреплена вокруг агрегата снаружи. В этом случае собранный сборщик энергии является переносным, и прототип генерирует нормированную плотность мощности приблизительно 0,133 мВт / см 3 г 2 при 15,5 Гц.
Рекуперативные амортизаторы основаны на электромагнитных вращательных или линейных двигателях, подключенных к шунтирующему сопротивлению, работающему как генераторы.Двигатели подключаются к источнику вибрации напрямую или через механический каскад умножения, как в случае вихретоковых демпферов. Можно выделить три режима привода систем рекуперативного амортизатора: режим прямого привода, режим непрямого привода и режим гибридного привода [64]. Система прямого привода вызвала большой интерес благодаря своей компактной конструкции и простоте изготовления. В режиме прямого привода источник вибрации напрямую подключается к статору магнита для выработки электроэнергии. Рекуперативные амортизаторы с прямым приводом обеспечивают коэффициент демпфирования от 1500 до 2000 Нс / м.
Микровибрация на борту космического корабля — важная проблема, которая влияет на полезную нагрузку, требующую высокой точности наведения. Хотя изоляторы были тщательно изучены и внедрены для решения этой проблемы, их применение далеко не идеально из-за ряда недостатков, которые они имеют, таких как ограниченное затухание на низких частотах для пассивных систем или проблемы с высоким энергопотреблением и надежностью для активных систем. В [65] смоделирована и проанализирована новая стойка с двумя коллинеарными степенями свободы со встроенными электромагнитными шунтирующими амортизаторами (EMSD) и физически протестирована концепция.Комбинация компонентов с высокой индуктивностью и цепей с отрицательным сопротивлением используется в двух шунтирующих цепях для улучшения подавления микровибрации EMSD и достижения общих характеристик демпфирования стойки, которые характеризуются устранением резонансных пиков. EMSD работает без какого-либо алгоритма управления и может быть легко интегрирован на спутник благодаря малой мощности, упрощенной электронике и небольшой массе.
EMSD демонстрируют уникальную особенность при работе с затухающей энергией вибрации, поскольку она может переноситься и / или храниться в виде электрической энергии.Это делает EMSD очень интересным типом демпферов для микроэлектроники и транспортных средств. Однако их широкое применение в промышленности ограничено их низкой удельной демпфирующей способностью, а также тем фактом, что рабочие характеристики сильно зависят от частоты вибрации.
3.3. Магнитные демпферы отрицательной жесткости
Элементы отрицательной жесткости были определены как уникальные механизмы для усиления акустического и вибрационного демпфирования. Примеры механизмов отрицательной жесткости включают механические системы с отрицательными жесткими пружинами и материалы с отрицательными модулями [66–69].Элементы с отрицательной жесткостью способствуют демпфированию, потому что они скорее помогают, чем сопротивляются деформации в результате внутренней накопленной энергии [70]. Изоляторы отрицательной жесткости используют уникальную и совершенно новую механическую концепцию изоляции низкочастотных вибраций. Изоляция вертикального движения обеспечивается жесткой пружиной, которая поддерживает весовую нагрузку, в сочетании со структурой отрицательной жесткости. Чистая вертикальная жесткость сделана очень низкой, не влияя на способность пружины выдерживать статические нагрузки.Уменьшение чистой вертикальной жесткости означает, что резонансная частота сильно снижается, поскольку резонансная частота пропорциональна квадратному корню жесткости.
Обычно пружина отрицательной жесткости состоит из двух стержней, шарнирно закрепленных в центре, поддерживаемых своими внешними концами на шарнирах и нагруженных сжимающими силами [69, 71–73]. Оба стержня доведены до рабочей точки почти изгиба. Положения равновесия изогнутой балки соответствуют локальному минимуму и максимуму кривой энергии деформации.Поскольку жесткость балки соответствует пространственной производной ее энергии деформации, изогнутая балка демонстрирует отрицательную жесткость в определенном интервале [74].
Постоянные магниты — простой и надежный способ получения пружин отрицательной жесткости. Используя полюсы магнитов, можно настроить рабочий диапазон, в котором жесткость становится отрицательной [75]. Обычно магниты располагаются в точке неустойчивого равновесия, обращаясь к равным полюсам: север против севера и юг против юга, как показано на Рисунке 5 (а).Таким образом, отталкивание магнита будет действовать с отрицательной жесткостью для смещений выше и ниже точки равновесия предварительной нагрузки, компенсируя положительную жесткость винтовой пружины и, таким образом, сводя к минимуму эффективную жесткость в рабочей точке (рисунок 5 (b)). За счет минимизации динамической жесткости уменьшается резонансная частота и, следовательно, повышается способность гашения вибрации на более высоких частотах.
Основным преимуществом демпферов отрицательной жесткости является более низкая резонансная частота; поэтому он очень подходит не только для гашения низкочастотных колебаний, но и для значительного улучшения демпфирования на более высоких частотах.Используя магнитные отрицательные пружины, система может быть более надежной и долговечной, поскольку одной из основных проблем механических отрицательных пружин является усталость конструкций. Магниты не будут подвержены усталости или остаточной пластической деформации; поэтому создание отрицательных пружин за счет магнитных сил имеет смысл. Области применения магнитных демпферов отрицательной жесткости (MNSD) такие же, как и у демпферов отрицательной жесткости, изготовленных из конструктивных элементов: прецизионное производство, оптические и научные приборы, сиденья транспортных средств и вращающееся оборудование.
Среди наиболее интересных разработок мы обнаружили магнитный виброизолятор с характеристикой высокой статической-низкой динамической жесткости, разработанный в [76, 77]. Устройство было сконструировано путем объединения магнитной пружины отрицательной жесткости со спиральной пружиной изгиба для поддержки статической нагрузки. Магнитная пружина состояла из трех магнитных колец, настроенных на притяжение, и использовалась для уменьшения резонансной частоты изолятора. Экспериментальные результаты показали, что магнитная пружина отрицательной жесткости может снизить резонансную частоту более чем наполовину, а также расширить полосу частот изоляции.
Две новые конструкции демпферов отрицательной жесткости на основе магнетизма были разработаны, оптимизированы, изготовлены и испытаны в [78, 79]. Две конструкции из этих исследований могут эффективно объединить отрицательную жесткость и демпфирование вихревых токов в простую и компактную конструкцию. Проверочные эксперименты проводились посредством циклической нагрузки масштабированных прототипов на вибрационной машине. В обеих конфигурациях наблюдалась нелинейность отрицательной жесткости. Нелинейные задачи в колебательной системе сложно решить аналитически, и на ее решение было потрачено много усилий [80–82].Конструкции в [78, 79] демонстрировали закономерности упрочнения и смягчения отрицательной жесткости, соответственно, при увеличении смещения. По сравнению с существующими конструкциями систем с отрицательной жесткостью, уникальные особенности предлагаемых конструкций включают симметричное поведение с отрицательной жесткостью; интегрированная характеристика демпфирования; и компактный дизайн, который можно установить в любом направлении. Предлагаемые конструкции обладают большим потенциалом для замены полуактивных или активных демпферов в различных приложениях по подавлению или изоляции вибрации.
Для подавления вибрации роторных систем в [83] предлагается виброгаситель, сочетающий отрицательную жесткость и положительную жесткость. Во-первых, представлен механизм создания магнитной отрицательной жесткости с использованием кольцевых постоянных магнитов и проанализированы характеристики отрицательной жесткости. Затем численно исследуются принципы работы системы поглотитель-ротор и нелинейные динамические характеристики. Для проверки численных выводов проводятся эксперименты. Результаты показывают, что предложенный гаситель вибрации эффективен для подавления вибрации роторной системы, нелинейность отрицательной жесткости влияет на эффект подавления вибрации, а отрицательная жесткость может расширять эффективный частотный диапазон управления вибрацией поглотителя.
Было обнаружено специальное применение магнитных демпферов отрицательной жесткости для изоляции низкочастотного сейсмического шума от земли в таких полях, как обнаружение гравитационных волн [84, 85]. Изолятор сверхнизких частот состоит из магнитной пружины, состоящей из пары кольцевых магнитов, параллельных обычному маятнику. Магнитная пружина может создавать магнитный момент, чтобы нейтрализовать гравитационный момент маятника и, следовательно, уменьшить резонансную частоту. В этом случае резонансная частота может быть до десяти раз ниже, что увеличивает способность демпфирования низкочастотных колебаний.
MNSD может значительно снизить резонансную частоту, сохраняя при этом ту же статическую нагрузочную способность, тем самым увеличивая способность демпфирования вибрации на высоких частотах.
3.4. Магнитореологические демпферы на основе постоянных магнитов
Подобно пассивным гидравлическим демпферам, магнитореологические (MR) демпферы состоят из жидкости, которая перемещается между различными камерами через небольшие отверстия в поршне, преобразуя энергию удара в тепло. Однако в демпфере MR в поршневой узел вводится электрическая цепь.Когда в демпфер подается электрический ток, катушка внутри поршня создает магнитное поле и мгновенно изменяет свойства жидкости MR в кольцевом отверстии поршня. Следовательно, сопротивление демпфера можно непрерывно изменять в реальном времени, модулируя электрический ток, подаваемый на демпфер. Магнитореологические демпферы обычно являются активными элементами, поскольку для создания магнитного поля им необходим ток, циркулирующий через катушки [86–90]. Это идет вразрез с преимуществами пассивных устройств, продвигаемых в этой статье, поэтому в этом разделе мы сосредоточимся только на пассивном специальном типе амортизатора MR, который представляет собой амортизаторы MR на основе постоянных магнитов (PMRD).
Электромагнитные катушки для создания напряженности магнитного поля из входящего тока активируют большинство предлагаемых или разработанных глушителей MR. Таким образом, для получения требуемой демпфирующей силы совершенно необходимы различные устройства, связанные с управлением, такие как усилители тока, преобразователи сигналов и процессоры сигналов. Кроме того, катушечные и проволочные модули тока усложняют конструкцию демпфера и затрудняют сборку. Чтобы повысить коммерческую осуществимость, были разработаны амортизаторы MR с автономным приводом, обеспечивающие сбор энергии за счет движения поршня.Однако они не являются убедительными бессильными вариантами. В этом смысле в PMRD демпфирующая сила настраивается постоянным магнитом вместо цепей электромагнитных катушек, обычно используемых для управления демпферами MR [91]. PMRD состоит из ферромагнитного поршня, который приводится в действие магнитным полем посредством внешнего движения постоянного магнита (Рисунок 6). Изменение демпфирующей силы PMRD реализуется за счет изменения площади намагничивания или дисперсии магнитного потока, а не величины входного тока. Таким образом, входная переменная PMRD полностью отличается от обычного амортизатора MR.
Основным преимуществом PMRD является величина удельного коэффициента демпфирования, поскольку они могут достигать таких же высоких значений, как масляные вязкие демпферы, сохраняя при этом настраиваемую способность своих характеристик. По сравнению с активными амортизаторами MR меньшее энергопотребление является вторым основным преимуществом, когда PMRD был выбран для определенных приложений. Основным недостатком устройств такого типа является то, что большинству из них для работы требуется магнитореологическая жидкость, что исключает все преимущества, присущие безмасляным устройствам, например чистоту, отсутствие необходимости в обслуживании и надежность.Фактически PMRD — это гибридные устройства между масляными амортизаторами и PEDVDI. Области применения этого типа устройств — это в основном автомобильные элементы, такие как демпферы [92], сцепления [93, 94] или тормоза [95], а также протезные механические системы. Тем не менее, большинство исследований, найденных в литературе, все еще являются лабораторными прототипами, и, насколько нам известно, не существует коммерческих устройств, основанных на этой технологии.
Новый тип настраиваемого магнитореологического демпфера PMRD, основанный только на расположении постоянного магнита, встроенного в поршень, был разработан, построен и испытан в [96].Было замечено, что демпфирующая сила достигала 390 Н в зависимости от расположения поршня. Максимальный коэффициент демпфирования составляет 21428 Нс / м при расчетной массе 1 кг. Для уменьшения нелинейности положения магнита в поршне была использована измененная конструкция боковой панели. Экспериментально показано, что линейное изменение демпфирующей силы может быть получено на основе изогнутой формы боковых планок. В предыдущем исследовании этого демпфера также сообщалось, что его время отклика относительно невелико по сравнению с обычным MR демпфером, использующим электромагнитную катушку [97].Следует отметить, что демпфирующая сила может сильно уменьшиться, возможно, из-за медленного времени отклика магнита при увеличении частоты возбуждения.
Sato [98] представляет энергосберегающее намагничивающее устройство для магнитореологических жидкостей. Это устройство включает в себя постоянный магнит для намагничивания устройства вместо электромагнита, потребляющего электроэнергию. Постоянный магнит прикладывает магнитное поле к устройству через специально разработанное магнитное ярмо. Напряженность поля можно контролировать, перемещая магнит.Когда магнитное поле управляется постоянным магнитом, тяга, притягивающая магнит к ярму, обычно действует на магнит и потребляет энергию, удерживающую и перемещающую магнит.
Как уже говорилось, PMRD также ориентирован на применение в протезировании. Разработка, представленная в [99], представляет собой специальный демпферный механизм, предложенный для изготовления протеза ноги, который может переходить из включенного режима в выключенный только с помощью постоянного магнита. Проектируется конструкция механизма, и демпфирующая сила анализируется, чтобы подтвердить эффективность предлагаемой демпфирующей системы для движения пациента без устройства управления.Система может обеспечить до 1500 Нс / м, когда она «включена», тогда как коэффициент демпфирования «выключен» не превышает 55 Нс / м, демонстрируя очень высокую вариабельную способность, обеспечиваемую постоянным срабатыванием.
PRMD — это гибридные устройства, сочетающие высокую удельную демпфирующую способность масляных амортизаторов с возможностью модуляции электромагнитного демпфирования. Основным недостатком устройств этого типа является то, что для их работы требуется магнитореологическая жидкость, что исключает все преимущества, присущие безмасляным устройствам, например чистоту, необслуживаемость и надежность.
4. Заключение
Пассивные электромагнитные устройства для гашения и изоляции вибрации становятся реальной альтернативой традиционным методам механической вибрации и изоляции. Пассивные устройства спроектированы и изготовлены так, чтобы определенным образом реагировать на вибрацию без необходимости активной обратной связи и управления. Эти типы устройств обладают хорошей демпфирующей способностью, более низкой стоимостью, нулевым потреблением энергии и более высокой надежностью.
Мы представили общее описание всех типов пассивных электромагнитных устройств, применяемых для гашения и виброизоляции.Эти устройства были разделены на следующие категории: вихретоковый демпфер (ECD), электромагнитный шунтирующий демпфер (EMSD), магнитный демпфер отрицательной жесткости (MNSD) и пассивный магнитореологический демпфер (PMRD). Мы проанализировали их топологии, плюсы и минусы в областях применения, а также привели некоторые характерные значения параметров. Вся эта информация сведена в Таблицу 2 (преимущества и недостатки описаны в сравнении с другими типами PEDVDI).
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Помимо самого обзора технологии, общий вводный раздел касается основных соображений и ключевых параметров конструкции что любой инженер, электрик или механик, должен знать для глубокого понимания любых характеристик PEDVDI.
Таким образом, данную статью можно также использовать в качестве руководства по дизайну для конкретных приложений. Более того, поскольку он описывает общий дизайн для каждой технологии, его можно использовать в качестве отправной точки для новых дизайнов. Практический список основных соображений при проектировании электромагнитных демпферов и изоляторов приведен в разделе общих соображений по проектированию электромагнитных демпферов и изоляторов.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить Альбу Мартинес Перес за работу по подготовке рисунков.
Вязкоупругие демпфирующие устройства, доказавшие свою эффективность в высотных зданиях
Член
БЕСПЛАТНОНе член
10 долларов.00
Колдуэлл, Д. (1986). «Вязкоупругие демпфирующие устройства, доказавшие свою эффективность в высотных зданиях», Engineering Journal , Американский институт стальных конструкций, Vol. 23. С. 148–150.
Когда в 1972 году Всемирный торговый центр в Нью-Йорке открыл свои двери как самое высокое здание в мире, он сразу же привлек внимание общественности. Но первый проект 110-этажных башен-близнецов был и остается малоизвестным за пределами группы инженеров и ученых, которые были близки к проекту. Эта особенность конструкции — 20 000 вязкоупругих амортизаторов в структурной системе, которые поглощают удары необычных, а также средних ветров.Амортизаторы снижают воспринимаемое раскачивание и ускорение на верхних этажах. Они выполняют эту работу, поглощая и рассеивая энергию колебаний, передаваемую ветром элементам конструкции. Хотя это было применено 14 лет назад, устройства для гашения вязкоупругих колебаний являются относительно новыми в том смысле, что в настоящее время они используются только в двух высотных зданиях. Тем не менее, эти устройства обладают рядом преимуществ, и по этой причине были выбраны для включения во вторую структуру, 76-этажный Колумбийский центр Ситтлз.Эффект демпфирования или рассеивания энергии колеблющейся системой хорошо известен каждому инженеру-строителю. Когда ветер встречает лицо высокого здания, воздух кружится вокруг конструкции в виде вихрей, которые толкают здание вперед и назад поперек направления ветра. Это движение подавляется сопротивлением воздуха, трением в стыках и внутренним трением строительных материалов. Практически во всех случаях инженеры полагаются на такие методы, как структурные системы, масса и форма здания, чтобы обеспечить эффект демпфирования.
- Опубликовано: 1986, 4 квартал
Новые демпфирующие устройства помогают создавать более устойчивые здания
Доцент Джефф Роджерс и его команда разработали два новых инновационных демпфирующих устройства, которые поглощают энергию и помогают защитить здания от серьезных повреждений во время землетрясений.Эти устройства будут привлекательными для владельцев зданий, поскольку они с меньшей вероятностью, чем другие устройства, будут нуждаться в замене или сбросе после землетрясения, что приведет к экономии времени и средств.
Современные конструкции сейсмостойких зданий содержат «жертвенные конструкции», которые поглощают энергию и предотвращают обрушение здания. Этот вид инженерных работ предназначен для спасения жизней, но обычно приводит к значительным структурным повреждениям, ремонт или замену которых требует больших затрат времени и средств, что часто приводит к повсеместному сносу, как это было видно после Кентерберийского землетрясения 2010-2011 годов.
Два демпфирующих устройства имеют уникальную конструкцию, способную выдерживать различные строительные конструкции и типы сотрясений грунта. Первая конструкция, экструзионный демпфер, проталкивает свинец через камеру для поглощения и рассеивания энергии. Важно отметить, что этот процесс полностью обратим, поэтому после сотрясения земли нет необходимости перезагружать устройство.
Здание Forte Health в Крайстчерче уже включило это устройство, и в рамках текущего проекта они будут использоваться в проекте общественного жилья в Сан-Франциско.Джефф также в настоящее время участвует в проекте по испытанию устройств в двухэтажной железобетонной конструкции с качающейся стеной. Этот проект является результатом сотрудничества QuakeCoRE и Международной объединенной исследовательской лаборатории сейсмической инженерии (ILEE) при университете Тунцзи в Шанхае, финансируемого Министерством бизнеса, инноваций и занятости (MBIE).
Второе устройство, называемое вязкостными демпферами, зависящими от смещения и направления (или сокращенно D3 Dampers), использует конструкцию с двумя поршнями, односторонними клапанами и ступенчатой стенкой цилиндра для создания различных путей потока в зависимости от того, в каком направлении смещается здание .Этот отклик лучше, чем у предыдущих аналогичных устройств, потому что этот демпфер D3 реагирует автоматически на основе правил физики, а не требует внешних вычислений и датчиков. Сложные вычисления, требуемые с другими устройствами, и соответствующие опасения по поводу надежности создали серьезное препятствие для их использования в строительных проектах в прошлом.
Джефф и его команда также изучают возможность использования существующей технологии пружинного кольца высокой жесткости в демпфере D3.В этих пружинах используется другой тип рассеивания энергии по сравнению с демпфером, поэтому при их сочетании они могут создать устройство, которое будет эффективным независимо от типа возникающего сотрясения земли.
Сейчас команда сосредоточена на доработке конструкции демпфера D3 на основе результатов испытаний на вибростоле. Они также занимаются структурным моделированием, чтобы разработать рекомендации, которые помогут практикам использовать обе технологии в полевых условиях.
Демонстрируя важность этой работы, в 2017 году Джефф был награжден премией Нового новатора Фонда Нормана Ф. Б. Барри от Kiwi Innovation Network (KiwiNet), а также премией Королевского общества Те Апаранги за выдающиеся достижения в области исследований в области технологий, прикладных наук и инженерии.Эти награды признают значительный вклад работы Джеффа в области сейсмостойкости, особенно в проектировании и проектировании сейсмостойких конструкций.
Подробнее об основных моментах исследования читайте в годовом отчете QuakeCoRE за 2017 год.Демпфирующая способность демпфирующих устройств при качении ротора по статору
Аннотация
В статье представлены результаты исследования влияния упругих демпфирующих устройств, фиксирующих ротор и статор при колебаниях большой амплитуды при неблагоприятном развитии аварии, например.г., при трении ротора о статор. Уравнения движения для колебаний ротора в зазоре между ротором и статором и колебаний ротора при трении о статор записываются при принятых параметрах статора с учетом не только жесткости статора, но и потерь энергии при деформации. компонентов статора во время колебаний. За начальное возбуждение принимается внезапная неуравновешенность ротора. Рассмотрен случай сильной неуравновешенности ротора, когда при колебаниях, сопровождающихся трением, демпфирующие устройства испытывают достаточно сильные деформации на разных режимах качения.Исследования проводились на роторе, пострадавшем в результате аварий с разрушением подшипников при трении при отсутствии демпфирующих устройств. Динамическая модель симметричного два подшипника ротора рассматривается. Амортизаторы АДП-2400 служили амортизаторами; динамические ударные свойства первого были определены на ударных испытательных машинах. Рассмотрена возможность развития автоколебаний в виде асинхронного качения в зависимости от коэффициента поглощения упругих демпфирующих устройств.Показано, что при определенных значениях коэффициента поглощения асинхронная прокатка не развивается. Колебания ротора ограничиваются синхронной качкой при контактных силах взаимодействия ротор-статор, которые не угрожают целостности конструкции турбинной установки. Упругие демпфирующие устройства с коэффициентами поглощения выше определенных значений исключают возможность развития автоколебаний в виде асинхронной качения и практически неограниченного увеличения сил взаимодействия ротора со статором и, как следствие, исключают опасность разрушения (самовозбуждения). -разрушение) электростанции.В известном смысле можно говорить о демпфирующей способности упругих демпфирующих устройств в процессе развития аварии, сопровождающейся трением ротора о статор. Жесткое крепление статора к фундаменту при отсутствии демпфирующих устройств увеличивает риск катастрофического развития аварийной ситуации, значительно сокращая время эволюции качения и возможность использования предохранительных устройств. Приведена концептуальная схема, систематизирующая общие правила предотвращения аварий на ТП.
Сейсмическая реакция строительных конструкций с механическими демпфирующими устройствами.
Сейсмическая реакция строительных конструкций с механическими демпфирующими устройствами.
Су, Юнг-Фэн
Су Юнг-Фэн1990 г.
Аннотация: Увеличение демпфирования в конструкциях давно признано средством уменьшения усиления динамической реакции во время землетрясений. Дополнительная жесткость также обычно снижает реакцию на смещение. Исследуются устройства дополнительного демпфирования и жесткости (ADAS), которые были предложены в качестве экономичного средства повышения устойчивости конструкции к землетрясениям.Устройство ADAS сконструировано из пластин из мягкой стали Х-образной формы, которые разделены распорными пластинами и закреплены болтами через концевые блоки вверху и внизу. Устройство прикреплено к нижней части балки и заставлено межэтажными распорками циклически изгибаться по кривой двойной кривизны. Плиты эффективно рассеивают энергию, когда здание раскачивается при землетрясении. Механические характеристики устройств ADAS были экспериментально определены с использованием двух различных моментных рам для тестирования устройств ADAS.Статическая циклическая нагрузка с инкрементными перемещениями, управляемая исполнительными механизмами, приложенными к перекрытиям опорных рам, использовалась для представления сил инерции, которые могут возникнуть во время землетрясения. Характеристики ADAS могут быть представлены гистерезисной моделью Рамберга-Осгуда. При динамическом анализе здания устройство ADAS моделируется как нелинейный элемент жесткости по горизонтали. Сравнение аналитического отклика и экспериментального отклика трехэтажной стальной конструкции с устройствами ADAS, подвергшимися испытаниям на встряхивающем столе в Калифорнийском университете в Беркли, используется для демонстрации адекватности аналитической модели.Характеристики отклика зданий с устройствами ADAS, подверженных землетрясениям, представлены в виде спектров отклика, которые были построены с использованием устройств различной пластичности и жесткости. Сравнение с упругими системами с вязким демпфированием проводится для оценки эквивалентных коэффициентов вязкого демпфирования. Кроме того, были предложены критерии проектирования и процедура проектирования и проиллюстрированы на примере. Наконец, характеристики отклика зданий с устройствами ADAS сравниваются с откликом концентрически и эксцентрично обрамленных конструкций.Согласно экспериментальным и аналитическим результатам, полученным в этом исследовании, устройства ADAS значительно увеличивают жесткость, прочность и рассеивание энергии по сравнению с моментной рамой. Система имеет отличное поведение с неупругим рассеянием энергии за счет текучести материала устройства. Вибрация здания контролируется без повреждения скоб или элементов рамы.
Предметы): Строительство, Демпфирование, Устройства, Механика, Реакция, Сейсмика, Конструкции
Тип (ы): Тезис
Экспериментальное исследование эффекта уменьшения демпфирующих устройств для лунного бассейна врезного типа с большим соотношением сторон | Journal of Ship Research
По сравнению с квадратными и круглыми лунными бассейнами, прямоугольный лунный бассейн с большим соотношением сторон более удобен для установки оборудования.Чтобы уменьшить движение жидкости в прямоугольном лунном бассейне с большим соотношением сторон, в лунном бассейне установлено углубление. Однако движение жидкости в лунном бассейне углубленного типа с большим удлинением изучается редко. В этом исследовании проводится серия экспериментов по изучению гидродинамических характеристик жидкости в лунном бассейне углубленного типа с большим аспектным отношением. Чтобы облегчить наблюдение за движением жидкости, эксперименты проводятся в прозрачном волновом канале с моделью, изготовленной из прозрачного акрила.Согласно результатам эксперимента, в лунном бассейне наблюдаются сложные движения жидкости.