PT92750A

PT92750A - Estrutura amortecida contra as vibracoes

Info

Publication number: PT92750A
Application number: PT92750A
Authority: PT
Inventors: Stanley Simon Stattinger; Leo K H Lu; Jerry Richard Smerecky
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1989-12-28
Publication date: 1990-06-29
Also published as: NO895207L; IL92842A0; DK669989A; DK669989D0; EP0376729A3; CA2006752A1; US4954375A; AU4574289A; NO895207D0; JPH02229937A; EP0376729A2; IS3533A7

Description

venção de WESTINGHOUSE ELECTRIC CORPORATION/ norte-americana industrial e comercial/ com domicilio em Westin-ghouse Building Gateway Center/ Pit-tsburgh/ Pennsylvania 15222, Estados Unidos da América (inventores: Stanley Simon Stattinger, Leo K.H.Lu e Jerry Richard Smerecky, residentes nos E.U.A.) para "ESTRUTURA AMORTECIDA CONTRA AS VIBRAÇÕES".

DESCRIÇÃO

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

Campo da invenção A presente invenção refere-se em geral a estruturas de vigas ocas e, em particular, a um dispositivo para amortecer a energia de vibrações induzidas nessas estruturas ·

Informação básica Vários tipos de estruturas de suporte estão sujeitas a respostas vibratórias durante o funcionamento, incluindo modos de baixa frequência, caracterizadas por deformações cíclicas de torção e de flexão dos elementos da estrutura. 1

Um tipo comum de estrutura de suporte é formado por elementos de vigas ocas, com aberturas para redução do peso ou para acesso e, se forem aplicadas forças desi-quilibradas ou outras fontes de excitação a frequências próximas das frequências naturais dos modos de ordem inferior, podem verificar-se vibrações indesejadas. Existem várias técnicas convencionais para minimizar estas vibrações, que incluem, por exemplo, um tratamento de amortecimento com uma camada livre, aplicando-se um tijolo de plástico directamente na superfície dos elementos sujeitos a vibrações. Numa outra técnica, conhecida por amortecimento por camada aprisionada, ensanduicha-se uma película de um polímero de amortecimento viscoelástico entre o elemento de base a amortecer a uma placa exterior.

Na presente invenção, as respostas da vibração nos modos inferiores são atenuadas por um dispositivo de amortecimento que, para um valor dado de peso adicionado, é substancialmente mais eficiente que os tratamentos de amortecimento convencionais.

SUMARIO DA INVENÇÃO

Uma estrutura amortecida vibracionalmente segundo a presente invenção inclui uma estrutura de vigas ocas que tem várias partes de parede e está sujeita a uma excitação de vibraçao não desejada. Pelo menos uma das partes de parede inclui várias aberturas que atravessam e proporcionam-se vários conjuntos amortecedores tangenciais, estendendo-se cada um dos conjuntos amortecedores tangenciais através de uma das aberturas respectiva e sendo fixado na parte de parede, de lados opostos da abertura. 0 conjunto amortecedor tangencial numa forma de realização inclui um primeiro e um segundo elementos de placa complanares, com um terceiro elemento de placa sobrepon-do-se aos dois e incluindo uma camada de amortecimento viscoe-lástica ensanduichada entre o terceiro elemento de placa e o primeiro e o segundo elementos de placa. Com esta disposição, os primeiro e segundo elementos de placa genericamente compla- 2

nares estão fixados na parte de parede através da abertura.

Numa outra forma de realização, o conjunto amortecedor tangencial inclui uma primeira e uma segunda placas com uma camada de amortecimento viscoelástica ensanduicha-da entre as mesmas, estando as primeiras e segunda placas res-pectivamente fixadas de lados opostos da abertura. A estrutura de vigas ocas formam, por exemplo, uma parte de uma subbase de maquinaria que inclui várias estruturas de vigas ocas dispostas em vários segmentos de pernas para suportar uma máquina que gera energia vibratória.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

Nos desenhos anexos, as figuras representam: A fig. 1, um elemento de viga oca; A fig. 2, um suporte de máquinas formado por elementos de vigas ocas; A fig. 3, um suporte, tal como o ilustrado na fig. 2, juntamente com as máquinas suportadas; A fig. 4, um tipo de conjunto amortecedor que pode aqui ser usado; A fig. 5, outro tipo de conjunto amortecedor que pode aqui ser usado; A fig. 6, um vão de uma estrutura de vigas ocas juntamente com o conjunto amortecedor da fig. 4; A fig. 7, uma vista geral segundo a linha (VII-VIl) da fig.6; A fig. 8, uma vista semelhante à da fig.7, que ilustra uma montagem alternativa do conjunto amortecedor;

As fig. 9 e 10, vistas semelhantes às fig. 7 e 8, mas com o conjunto amortecedor da fig. 5; A fig. 11, uma vista em alçado do vão ilustrado na fig. 6;

As fig. 11A a 11C servem para ilustrar a distorção de vibração do conjunto amortecedor representado na fig. 11 para vários tipos de dissipação de energia; e 3

A fig. 12, um outro dispositivo amortecedor. DESCRIÇÃO DAS FORM&S DE REALIZAÇÃO PREFERIDAS

Fazendo agora referência à figura 1, nela está ilustrada uma estrutura (10) de vigas ocas que, por exemplo, tem uma secção transversal rectangular e inclui várias partes de parede (12) a (15). As partes de parede (12) e (13) constituem paredes laterais e têm várias aberturas (18) proporcionadas para reduzir o peso total da estrutura, bem como para ser-· vir como aberturas de acesso para certas estruturas de vigas ocas grandes, que serão descritas. As partes de paredes (12) a (15) são relativamente finas e, para aumentar efectivamente a capacidade de suporte de cargas da estrutura, podem proporcionar-se vários elementos de reforço ou nervuras (20), dispostas ao longo do comprimento da estrutura de vigas ocas, no seu interior. A fig. 2 ilustra uma estrutura (26) utilizada para suportar máquinas e inclui vários segmentos de perna (28) formados por elementos de vigas ocas, como as ilustradas na fig. 1. Na sua função como suporte de máquinas, a estrutura (26) é geralmente conhecida como subbase das máquinas, que inclui peças de montagem de isolamento, algumas das quais (30) estão ilustradas e que servem para isolar parcialmente a energia de vibração das máquinas suportadas da subbase e do ,pavimento no qual a subbase está montada. No caso de embarcações marítimas, o pavimento será um convés do navio, caso em que deve mini-· mizar-se a transferência da energia de vibração das máquinas para o meio aquático circundante.

Na fig. 3 está ilustrado um exemplo típico de utilização marítima no qual a subbase (26) suporta turbinas (32) e (33) que accionam aparelhos redutores (34), estando estes últimos aparelhos montado na sua própria subbase (36). Mesmo proporcionando-se elementos de montagem de isolamento, a subbase das máquinas pode estar sujeita a uma excitação de vibra- 4

ção não desejada, de modo que as vibrações da subbase têm de ser amortecidas para minimizar o nível de resposta. Na presente invenção, o processo de amortecimento é proporcionado por conjuntos amortecedores tangenciais, como o que está ilustrado (40) na fig. 4. 0 conjunto amortecedor tangencial (40) inclui a primeira e a segunda placas genericamente complanares (42) e (43) ligadas por uma ponte ou cobertas por uma terceira placa (44). Ensaduichada entre esta placa (44) e as primeira e segunda placas (42) e (43) há uma camada de polímero viscoestá-tico de amortecimento (46), tal como Dyad 606 produzido pela Soundcoat Company. 0 conjunto amortecedor (40) é colocado através de uma abertura de uma estrutura de vigas ocas e fixada na mesma por meio de elementos de fixação recebidos em furos (48).

Quando o elemento da viga oca se deforma devidoà excitação de vibração, cada uma das placas (42) e (43) tem nela aplicada uma carga, por exemplo de tracção, compressão e flexão, sendo esta carga aplicada a estas placas (42) e (43) transferidas através da camada de amortecimento viscoelástica (46) à placa (44). Como consequência desta transferência de cangas, é aplicada uma tensão de corte ou tensão tangencial à camada de amortecimento viscoelástica, dando origem à deformação tangencial e à consequente absorção e dissipação de energia.

Com a estrutura da fig. 4, toda a carga que é aplicada às placas (42) e (43) é transmitida através do material viscoelástico, sendo esta a condição para se consuma o máximo da deformação ou dda energia de vibração.

Na fig. 5 está ilustrada uma outra forma de conjunto amortecedor tangencial que aqui pode ser usado. 0 conjunto amortecedor tangencial (50) inclui uma primeira placa (52) que se sobrepõe a uma segunda placa (53), incluindo o dispositivo uma camada de amortecimento viscoelástica (56), ensan-duichada entre as duas placas. As secções terminais alargadas respectivas (58) e (59) incluem furos (60) para a montagem. 0 5

funcionamento do conjunto amortecedor (50) é idêntico ao conjunto amortecedor (40), no qual qualquer carga aplicada às placas (52) e (53) será transferida através da camada de amortecimento viscoelástica (56), donde resulta uma absorção da energia de vibração presente na estrutura a que as placas estão ligadas. A fig. 6 ilustra uma estrutura amortecida vibratoriamente e inclui um elemento de viga oca (64) do tipo descrito na fig. 1, de que se mostra uma pequena secção para demonstrar o princípio. A secção (64) inclui uma abertura (65) sobre a qual se estabelece uma ponte constituída por um conjunto amortecedor tangencial (40), como o descrito e ilustrado na fig. 4, e ligado à estrutura da viga oca (64) de lados opostos da abertura (65) Está também ilustrada uma das várias nervuras (65) A fig. 7 representa uma vista em corte de uma porção do elemento de viga oca (64), representando a zona (A) genericamente uma vista de um corte ao longo das linhas (VII--VII) da fig. 6. Na fig. 7, estão ilustrados dois conjuntos amortecedores (40) ligados através de duas aberturas adjacentes (65). t Os conjuntos amortecedores individuais (40) estão fixados na parte de parede do elemento de viga oca (64) por meios de ligação (68) que passam através dos furos ((48) na fig. 4) nas placas (42) e(43) respectivas. Se a estrutura de viga oca fizer parte de uma subbase de máquinas, como nas fig. 2 e 3, as aberturas (65) podem funcionar como aberturas de acesso, caso em que os conjuntos amortecedores (40) são facilmente removíveis da porção de parede para permitir a entrada para a área central da subbase.

Pode usar-se também uma disposição como a ilustrada na fig. 8. A fig. 8 é semelhante à fig. 7, mas cada uma das placas exteriores (42) ou (43) fixadas por meio de elementos de fixação (70) forma uma das duas placas complanares para dois conjuntos amortecedores (40) adjacentes. Isto é, embora a estrutura amortecedora através de todas as aberturas possa ser | retirada como uma entidade única tendo em vista a disposição so- - 6 -

breposta, considera-se aqui uma estrutura de amortecimento atra vés de uma abertura como um conjunto amortecedor (40), estendendo-se cada um destes conjuntos entre as linhas a tracejado da fig. 8. Com a forma de realização da fig. 8 podem utilizar-se menos meios de fixação. A fig 9 é uma vista semelhante à da fig. 7, mas sendo utilizado e fixado na parede do elemento de viga oca de cada lado da abertura (65) por meio de elementos de fixação (72) um conjunto amortecedor tangencial (50) da fig. 5. De maneira análoga, a fig. 10 é semelhante à fig. 8, com a versão alongada da placa do conjunto amortecedor (50) fixado por meio de elementos de fixação (74).

As disposições de amortecimento das fig. 7 e 8 podem ser preferidas às ilustradas nas fig; 9 e 10 na med da em que o conjunto amortecedor de três placas pode ser montado com a terceira placa (44) no interior da abertura (65) para apresentar uma unidade que está mais alinhada com a superfície da parede que estariam os conjuntos amortecedores (50) das fig. 9 e 10. Com as disposições das fig. 7 e 8, a excentricidade das forças aplicadas às placas seria minimizada, dando como resulta do uma maior eficiência do amortecimento. A fig. 11 é uma vista de frente da disposição ilustrada na fig. 6 e as fig. llAallc servem para ilustrar a deformação de vibração do elemento de viga oca (64) e os deslocamentos resultantes do conjunto amortecedor tangencial formado pelas placas(42) e (43). 0 conjunto amortecedor tangencial (40) está fixado na parede da estrutura da viga oca (64) de lados opostos da abertura (65) por meio de elementos de fixação que se estendem através dos furos (48) nas placas (42) e (43). Estes elementos impedem, quer a translacção, quer a rotação das placas relativamente aos lados da abertura. O paralelogramo a traço e ponto (64') da * fig. 11A representa a deformação da viga oca (64), em resposta 7

a uma vibração de torção. Em resposta a tal vibração de torção as primeira e segunda placas (42) e (43) são deslocadas relativamente à terceira placa (não ilustrada) donde resulta que a energia de torção é dissipada na camada de amortecimento viscoé-lástica. Deve notar-se que a deformação representada nas fig. 11Ά a 11C está muito exagerada, para fins de ilustração. A fig. 11B representa uma flexão lateral ou abaulamento em resposta a uma excitação de vibração particular. A secção (64·) está abaulada para fora no sentido do observador, numa separação das placas (42) e (43), com uma transferência consequente de carga e uma deformação transversal resultante e dissipação de energia na camada viscoelástica. A fig. 11C representa uma resposta de flexão vertical à excitação de vibração, na qual as placas (42) e (43) rodam uma em relação à outra para iniciar o processo de dissipação de energia atrás descrito.

No aparelho atrás descrito, as placas dos conjuntos amortecedores tangenciais que estão ligadas através de aberturas de um elemento de viga oca são relativamente largas. A fig. 12 ilustra outra forma de realização da presente invenção na qual as placas do conjunto amortecedor tangencial podem ser relativamente estreitas, formando assim uma barra amortecedora. A título de exemplo, uma porção de uma estrutura de viga oca estreita (80) está ilustrada com uma abertura (81). Dm conjunto amortecedor tangencial (84) para exemplificar uma construção da primeira e segunda placas como na fig. 5 está ligado diagonalmente através da abertura (81) e fixado na parte de parede da estrutura de viga oca por meio de elementos de fixação (86), um em cada extremidade do conjunto amortecedor de barra. 0 elemento de fixaçao unico em cada extremidade permite rotaçoes relativas reduzidas verificadas entre a barra e a estrutura (80) e permite o amortecimento eficiente de vibrações de torção, embora uma tal estrutura de barra seja menos eficiente pa-

* Μ (V . ra outros tipos de deformação de flexão. - 8 -

Claims

REIVINDICAÇÕES - 1 - Estrutura amortecida contra as vibrações, caracterizada por compreender: a) uma estrutura de vigas ocas com um certo número de porções de parede e estando sujeita a uma excitação vibratória indesejada; b) incluindo pelo menos uma das referidas porções de parede um certo número de aberturas através das mesmas; c) um certo número de conjuntos amortecedores tangenciais estendendo-se através de uma das referidas aberturas respectiva e estando fixados na referida proporção de parede de lados opostos da referida abertura.
- 2 - Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: a) o referido conjunto amortecedor tangencial incluir: 1) um primeiro e um segundo elementos de placa generica mente complanares, 2) um terceiro elemento de placa que se sobrepõe aos re feridos primeiro e segundo elementos de placa, e 3) uma camada amortecedora viscoelástica ensanduichada entre a referida terceira placa e as referidas primeira e segunda placas; b) estando os referidos primeiro e segundo elementos de placa fixados na referida porção de parede. - 3a - Estrutura de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a referida estrutura de vigas ocas ter uma 9

secção transversal rectangular. Estrutura de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por: a) a referida estrutura de vigas ocas constituir uma parte de uma sub-base de uma máquina que inclui várias estruturas de vigas ocas dispostas num certo número de segmer tos para suportar uma máquina que gera energia vibratória . - 5ã - Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por: a) o referido conjunto amortecedor tangencial incluir: 1) um primeiro elemento de placa 2) um segundo elemento de placa que se sobrepõe ao referido primeiro elemento de placa; e 3) uma camada amortecedora viscoelástica ensanduichada entre a referida primeira e a referida segunda placas , b) sendo os referidos primeiro e segundo elementos de placa fixados na referida porção de parede. - 6ã - Estrutura de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por: a) a referida estrutura de vigas ocas ter uma secção trans versai rectangular. 10

- 7a - Estrutura de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por? a) a referida estrutura de vigas ocas fazer parte de uma sub-base de uma máquina que inclui um certo número das referidas estruturas de vigas ocas dispostas num certo número de segmentos de pernas para suportar uma máquina que gera energia vibratória. - 83 - Estrutura de acordo com as reivindicações 2 ou 5 caracterizada por: a) os referidos elementos de placa serem relativamente estreitos de modo que o referido conjunto amortecedor tem a forma de uma barra de reforço. - 9a - Estrutura de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por: a) a referida terceira placa do conjunto amortecedor tangencial estar disposta no interior da abertura através da qual se estende o referido conjunto amortecedor tangencial. A requerente reivindica a prioridade do pedido norte-americano apresentado: em 29 de Dezembro de 1988, sob o número de série 290,395. 11 Lisboa, 28 de Dezembro de 1989 & AS3ÍJE3 Wlíg&Z, 3L Egf5SH®â0S E31WSE@[!il

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