NO830488L - Anordning for vibrasjonsdempning og fremgangsmaate for fremstilling av vibrasjonsdempningsanordning. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår dempning av strukturvibrasjoner og nærmere bestemt slik dempning ved'bruk av et klebrig viskoelastisk materiale og i det minste ett motlegeme. Oppfinnelsen angår også en dempningsanordning som benytter generelle prinsipper ved foreliggende oppfinnelse.

Som velkjent ved vibrasjonsdempning har viskoelastisk materiale egenskapen av å absorbere vibrasjonsenergi, dvs. om-forme vibrasjonsenergi til varme når et slikt-materiale blir underlagt skjæring mellom to samvibrerende deler, slik som metallplater mellom hvilke viskoelastisk materiale er anordnet relativt tynt sjikt som kleber til begge deler slik at skjæringen blir utviklet i sjiktet når delene oscillerer i en bøyningsmodus på grunn av vibrasjoner.

Denne teknikken og teoriene bak dette er beskrevet i f.eks. "Noise and Vibration Control", utgitt av Leo L. Beranek og utgitt av Mc Graw-Hill Book Company, New York.i 1971 (ISBN 07-004841-X).

Også et stort antall patenter har blitt gitt angående forskjellige praktiske utviklinger av denne teknikken henvist til ovenfor, slik som US-patent nr. 3.078.969, 3.078.971, 3.169.881, 3.215.225, 3.262.521, 3.828.504, 3.956.563 og 4.195.713, idet de tre sistnevnte patentene har oppfinnere som også har vært med ved foreliggende søknad.

Ved anvendelsen av viskoelastisk dempning kjent for søkeren

kun energispredning i viskoelastisk materiale på grunn av ren skjæring - utviklet som beskrevet ovenfor - blir benyttet for å dempe strukturvibrasjoner. En struktur kan f.eks. bli dempet ved å anvende et klebrig (adhesivt) sjikt med viskoelastisk materiale på en plan overflate til strukturen og ved å tilføre en separat, normalt forholdsvis tynn plate som motlegeme på det viskoelastiske materiale. I slike tilfeller blir dempning tilveiebrakt kun ved ren skjæring i det viskoelastiske materialet på grunn av relativbevegelsen til struk-

turen og den separate platen i enhver retning langs planet som separerer, strukturen og platen.

Det har nå blitt gjort en overraskende oppdagelse at dersom motlegemet er således formet og anordnet at det kan utføre en sideretbet svingning eller tippede bevegelse i forhold til dens lengderetning blir en ny og forbausende dempningseffekt tillagt den vanlige dempningen bevirket av skjæringen i det viskoelastiske sjiktet. Dersom lengden til motlegemet dessuten blir.tilpasset den longitudinelle bølgelengden i materialet til motlegemet blir også dempning av longitudinale bølger tilveiebrakt i en struktur ved skjæring i det viskoelastiske sjiktet. En foretrukket form av motlegemet er en som har en generelt trådlignende eller stanglignende sammenstilling av sirkulære eller andre tverrsnitt.

Foreliggende oppfinnelse er således primærtkarakterisert

ved at motlegemet er generelt tråd-eller stangformet og innleiret i det viskoelastiske materialet slik at det har en mulighet til å svinge i resonnans relativt i forhold til en struktur eller deformering av det viskoelastiske materialet rundt deler av motlegemet innleiret deri når det viskoelastiske materialet kleber til en vibrerende struktur.

Oppfinnelsen skal nå beskrives nærmere med henvisning til medfølgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en utskåret del av en struktur dempet i samsvar med foreliggende oppfinnelse . Fig. 2a og 2b viser et snitt langs linjen II-II på fig. 1.

Fig. 2a viser strukturen i hvilestilling og fig. 2b viser

den samme i en sterkt overdrevet transversal svingning i vertikal retning.

Fig. 3a, b og c viser et snitt langs linjen III-III på fig.

1, fig. 3a viser motlegemet i hvilestilling mens 3b og 3c viser samme svingningen mot venstre og høyre henholdsvis.

Fig. 4a viser strukturen på fig. 1 ovenfra satt i sterkt .overdrevet transversal svingning i horisontal retning .

Fig. 4b viser et snitt langs linjen IVb-IVb på fig. 4a.

Fig. 4c viser et snitt langs linjen IVc-IVc på fig. 4a.

Fig. 5, 6,.7 og 8 viser et eksempel, hver av alternative

motlegemer.

Fig. 9 viser et perspektivriss av flere tråd-.eller stam-formede motlegemer anordnet i et viskoelastisk sjikt. Fig. 10 viser ovenfra et eksempel på en anvendelse av oppfinnelsen . Fig. 11 viser et perspektivriss av en dempningsanordning som benytter prinsippet med foreliggende oppfinnelse ved dempning av en bjelke. Fig. 12 viser et snitt langs linjen XII-XII på fig. 11 som viser en foretrukket utførelsesform av dempningsanordningen ifølge oppfinnelsen. Fig. 13 viser eksempel på hvorledes dempningsanordningen

ifølge oppfinnelsen er festet til en struktur.

Fig. 14 viser et eksempel på hvorledes dempningsanordningen

ifølge oppfinnelsen er festet til en betongstruktur.

Fig. 15-18 viser skjematisk forskjellige eksempler på anven- deise av oppfinnelsen ved konstruksjonsmessige for-bindelser .

Fig. 19 og 20 viser et delaksialsnitt og et tilsvarende sideriss henholdsvis ved anvendelsen av oppfinnelsen på et hjul. Fig. 21 viser et tverrsnitt gjennom et rør dempet i samsvar med oppfinnelsen. Fig. 22 viser et perspektivriss av fremstillingen av en anordning ifølge foreliggende oppfinnelse.

På fig. 1, er 11 en del av en vibrasjonsstruktur som er dempet i samsvar med oppfinnelsen. Denne strukturen kan f.eks. være en maskin, en bygningskonstruksjon, en trapp eller en hvilken som helst konstruksjon av ethvert strukturmateriale som vibrerer og/eller sender ut støy på grunn av dets bruk eller på annen måte. På ene overflaten 12 til strukturen. 11 er anordnet et sjikt 13 av et viskoelastisk materiale som kleber dvs. adderer til overflaten 12. Som det er vanlig ved viskoelastisk dempning er et motlegeme anordnet på

det viskoelastiske sjiktet. Ifølge foreliggende oppfinnelse er dette motlegemet generelt et tråd- eller stangformet legeme 14, som i samsvar med fig. 3a har et sirkulært tverrsnitt og er delvis innleiret i det viskoelastiske sjiktet 13 og delvis utragende derfra slik at massesenteret M til dets tverrsnitt er anordnet over eller på utsiden av planet til overflaten til det viskoelastiske sjiktet 13.

Som ved vanlig viskoelastisk dempning hvor et generelt plate-lignende motlegeme er benyttet, blir dempning tilveiebrakt ved langsgående skjæring i viskoelastisk sjikt 13 når strukturen 11 bøyes i en bøyningsmodus i samsvar med fig. 2b.

På grunn av sammenstillingen av motlegemet og dets anordning i det viskoelastiske sjiktet kan motlegemet delvis ved lavere

frekvenser også tippes eller roteres i sideretningen

i resonnans med frekvensen til vibrasjonen. Eksempel på denne effekten er vist på fig. 3b og c idet tippingen av rotasjonen ved denne første modusen finner sted omkring et rotasjonssenter C som er anordnet under legemet, idet det viskoelastiske materialet blir deformert på begge sidene av legemet. Denne sykliske deformasjonen av det viskoelastiske materialet vil bevirke ytterligere spredning av energi-en og således ytterligere dempning.

Ved høyere frekvenser kan motlegemet i en andre modus starte dreining frem og tilbake om et rotasjonssenter anordnet over legemet (ikke vist).

Ved høyere frekvenser kan motlegemet 14 også oscillere i bøyningen med andre bøyningsbølgelengder enn strukturen 11 (fig. 4a). Derved forekommer delvis skjæredeformasjoner i sjiket 13 på grunn av horisontale bevegelser i motlegemet 14 (fig. 4b og 4c) og delvis deformasjon ved sammenpressing av sjiktet 13 for vertikal (relativt i forhold til en horisontal overflate) bevegelse av motlegemet (ikke vist).

Den virkelige bevegelsen av motlegemet kan svært godt og mest sannsynlig være en kombinasjon av de nå beskrevne be-vegelsene og vist på fig. 2, 3 og 4. Dersom tverrsnittet på fig. 4b f.eks. er gitt en dreining eller .tippende bevegelse som den på fig. 3b og samtidig tverrsnittet på fig. 4c er gitt en dreiende eller tippende bevegelse som den på fig. 3c vil motlegemet bli torsjonsmessig tvunnet mellom dis-se tverrsnittene som også vil bidra til energitap og således ytterligere dempning.

På fig. 5, 6, 7 og 8 er vist eksempler på andre tverrsnitt for motlegemet, et rektangulært tverrsnitt 15, et T-formet tverrsnitt 16, et U-formet tverrsnitt 17 og et tverrsnitt 18 som har en sylindrisk del 19 og to ben 20, 21 mellom hvilke er en relativ smal spalte, i hvilke viskoelastisk materiale 13 ved kapillarvirkning kan bli sugd opp som derved gir motlegemet et større adhesivt område.

For å tilveiebringe tilfredsstillende dempningsresultater

er fortrinnsvis flere fortrinnsvis parallelle motlegemer 14 anvendt som vist på fig. 9. Flere motlegemer 14 kan også

være anordnet i en rekke etterhverandre og for å optimalisere .dempningsresultatet kan de bli avsatt eller plassert i sikksakk i lengderetningen i samsvar med fig. 10.

For dempning av longitudinelle bølger i strukturen 11 er

den optimale lengden til hvert motlegeme 14 et multipell av en videre av de longitudinelle bølgelengdene i materialet til motlegemet.

Ved utførelse av oppfinnelsen kan det viskoelastiske sjiktvé^ 13 bli påført en overflate av strukturen som skal bli dempet

og motlegemet eller legemene 14 kan være anordnet i det u-stivnede viskoelastiske materialet eller det viskoelastiske materialet kan være bøyd utover på en plastfolie eller et annet substrat som det ikke kleber til og motlegemet eller legemene kan være ført inn i det ikke-stivnede viskoelastiske materialet, som etter stivningen kan bli fjernet fra substra-tet sammen med motlegemet eller legemene (fig. 9) og deretter . bli påført, f.eks. ved liming på en overflate til en struktur som skal bli dempet.

Det er ikke nødvendig at motlegemet er i berøring med det viskoelastiske sjiktet langs dets hele utstrekning som vist på tegningene, men det kan være adherende dertil kun ved mellom anordnede steder eller det viskoelastiske sjiktet kan ha avbrudd slik at motlegemet er fritt på slike steder.

Motlegemet behøver ikke å ha et konstant tverrsnitt, men kan

ha med avstand anordnede deler som f.eks. har sammensnevrede tverrsnitt av større eller mindre utstrekning.

Ved praktiske prøver som benytter prinsippene ved oppfinnelsen har utmerkede dempningsresultater blitt oppnådd. Som eksempel har motlegemer blitt benyttet som har sirkulært tverrsnitt på 2-8 mm diameter, idet viskoelastisk sjikt har tykkelse mellom 1 og 3 mm og nedsenkningsdybde for motlegemet i det viskoelastiske sjiktet mellom 1 og 3 mm.

Innenfor visse grenser kan tverrsnittsstørrelsen på motlegemet, tykkelsen (skjæringsmodusen) til det viskoelastisek sjiktet og nedsekningsdybden på motlegemet i sjiktet bli beregnet for optimal dempningsvirkning ved kjent forstyrrel-sesfrekvens og temperatur.

Flg. 11 viser en struktur 22 i form av en U-bjelke, som blir dempet mot vibrasjoner med en dempningsanordning 23 i samsvar med oppfinnelsen. Ved denne utførelsesformen innbefatter dempningsanordningen 23 et forlenget legeme 24 av f.eks. en stålplate, aluminiumsplate eller et egnet plastmateriale,

som er bøyd eller formet til U-form og har en vevet del 25

og to feste- og anbringelsesflenser 26 og 27 som strekker seg ut derfra. På den indre overflaten 28 til den vevede delen 25, som er synlig på fig. 11 er anbrakt et sjikt 29

(fig. 12) av viskoelastisk materiale som kleber til overflaten 28. Ved sjiktet 29 er klebene påført ett eller fortrinnsvis flere motlegemer 30 i form av parallelle tråder eller stenger av egnet stivhet.

Feste- og anbringelsesflensene 26, 27 tjener til mekanisk forbindelse av anordningen til en struktur 22 såvel som for anbringelse av vevdelen 25 og derved det viskoelastiske sjiktet 29 og motlegemene 30 fra strukturen 22 for derved å tilveiebringe høy dempningseffekt. Ved utførelsesformen på

fig. 11 og 12 har flensene 26 og 27 henholdsvis deler 31 og 32 som er bøyd utover ved rette vinkler og ved hjelp av hvilke legemet 24 er forbundet med strukruren 22 slik at vibrasjonene til strukturen blir overført til legemet 24.

De utoverbøyde delene 31 og 3 2 kan være festet til legemet

24 på enhver egnet måte ikke nærmere vist, slik som ved skruing, punktsveising, klebing eller støping. Legemet 24 kan ha åpne eller lukkede ender, dvs. kontinuerlig stor U-form eller åpen boksform.

Fig. 13 viser et annet eksempel på hvorledes legemet 24

kan bli festet til en struktur 22. En skrue 33 ved hjelp av en skive 34 trekker legemet 24 mot strukturen 22 med slik stor kraft at der er en tilstrekkelig stor.if riks jon mellom flensene 26 og 27 og strukturen for å overføre vibrasjoner fra strukturen 22 til legemet 24.

Fig. 14 viser en anordning ifølge oppfinnelsen benyttet for å dempe en støpestruktur, f.eks. i dette tilfellet en betongstruktur 35, idet feste- og anbringelsesflensene 26 og 27 er anordnet med vinklede klaffer 36, 37 som - sammen med delene til flensene 26 og 27 - er støpt i strukturen 35.

For i stor grad å optimalisere dempningen tilveiebrakt med anordningen ifølge foreliggende oppfinnelsen kan primært fire parametre bli variert, nærmere bestemt i avstand mellom vev-dene 25 og strukturen som skal bli dempet, dvs. den effektive høyden på flensene.26, 27, bredden på legemet 24, egenskapene til det viskoelastiske sjiket - spesielt dets tykkelse - og for motlegemene deres tverrsnitt, deres nedsenkningsdybde i sjiktet 29, deres lengde og deres antall. Materialtykkelsen på legemet 24 kan dessuten bli tilpasset størrelsen på motlegemet . Fig. 15-17 viser skjematisk noen anvendelser av oppfinnelsen ved bygningskonstruksjoner. Fig. 15 viser et vertikalsnitt gjennom en gulvplate 38 av betong, som hviler på to bjelker 39 og 40. v Med undersiden j av platen 38 er støpt inn to anordninger 23, f.eks. i samsvar med fig. 14. I tillegg til den nedre flensen til de respektive bjelker 39, 40 er anordnet anordninger 23, i samsvar med fig. 12. Fig. 16 viser et snitt gjennom en betongplate 41, som kan være horisontal eller vertikal. Platen 41 er forsynt med utsparinger 42, i hvilke er ført inn en anordning 23 f.eks. den på fig. 14.

Fig. 17 viser et horisonalsnitt gjennom en betongpilar 43,

i hvilken er støpt inn to anordninger 23 i samsvar med de på f.eks. fig. 14, idet den ene er anordnet utvendig og den andre er innvendig.

Fig. 18 viser hvorledes anordningen ifølge oppfinnelse kan bli montert på trinn 44 til en vindeltrapp, i dette tilfellet bakkanten til respektive trinn på en L-bjelke 45 som bærer trinnene. Fig. 19 og 20 viser anvendelsen av oppfinnelsen på et hjul 46. Flere anordninger 23 er radialt anordnet med like eller andre egnede vinkelmessige mellomrom. Fig. 21 viser et tverrsnitt gjennom et rør 47 langs den ytre overflaten hvor det er anordnet en anordning 23 f.eks. den på fig. 12.

Som det fremgår gir dempningsanordningen ifølge oppfinnelsen en utmerket mekanisk beskyttelse for viskoelastiske sjikt såvel som for motlegemer.

Ved siden av den rene dempningsfordelen ved anordning ifølge oppfinnelsen er den også enkel å fremstille. Det hovedsake-lig U-formede legemet 24 blir således benyttet som en støpe-form ifølge fig. 22. For dette formål har legemet 24 fortrinnsvis lukkede ender 48, 49, dvs. dets vevdel 25 danner bunnen og dets flenser 26, 27 og ender 48, 49 danner vegger til en oppovervendt åpen boks, i hvilken blir støpt en egnet mengde med viskoelastisk materiale 29, hvoretter et antall motlegemer 30 blir ført ned i det ennå ikke stivnede viskoelastiske materialet. Etter stivningen av det viskoelastiske materiaelt er anordningen 23 klar for bruk.

Claims (7)

1. Anordning for vibrasjonsdempning av en struktur (11) som anvender et adherende viskoelastisk materiale (13) og i det minste ett motlegeme (14), karakterisert ved at motlegemet (14) er generelt tråd- eller stangformet og er innleiret i det viskoelastiske materialet .(13) slik at det har en mulighet til å svinge i resonnans i forhold til en struktur som deformeres av det viskoelastiske materialet .(13) om deler av motlegemet innleiret deri når det viskoelastiske materialet kleber til en vibrerende struktur (11).

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at massesenteret (M) til motlegemets (14) tverrsnitt er anordnet i et plan på utsiden av det viskoelastiske mate-rialets overflateplan.

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved flere parallelle motlegemer.

4. Anordning for dempning av vibrasjoner i en struktur (22) innbefattende et første legeme (24), et sjikt med adherende viskoelastisk materiale (29) og i det minste ett andre legeme (30) , idet det første legemet er et generelt U-formet legeme som har en vevdel (25) og to med avstand liggende flenser (26,27) som strekker seg derfra, idet flensene (26, 27) er tilpasset til å holde vevdelen (25) fra strukturen (22), karakterisert ved at det viskoelastiske materialet blir tilført på overflaten (28) til vevdelen (25) ment til å vende mot strukturen, idet det andre legemet (30) er et generelt tråd- eller stangformet legeme adherende innleiret i det viskoelastiske materialet, og festeinnretnin-ger (31,32,13,36,37) er anordnet for å feste det første legemet til en struktur slik at vibrasjonen av strukturen blir overført til det første legemet (24).

5. Anordning ifølge krav 4, karakterisert ved at det første legemet (24) har i hovedsaken formen av en åpen boks (25,26,27,48,49).

6. Anordning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at det andre legemet innbefatter flere i hovedsaken parallelle legemer (30).

7. Fremgangsmåte for fremstilling av en vibrasjons-dempende anordning innbefattende trinnene med å tilveiebringe en generelt stor U-formet boks, helling av en mengde ustivnet viskoelastisk materiale på bunnen av boksen, anbringelse av et antall generelle tråd- eller stangformede legemer i det ikke-stivnede viskoelastiske materialet som danner et sjikt på bunnen av boksen, og det viskoelastiske materialet bringes til å stivne.