RU210813U1 - Комбинированный демпфирующий элемент - Google Patents
Комбинированный демпфирующий элемент Download PDFInfo
- Publication number
- RU210813U1 RU210813U1 RU2021138186U RU2021138186U RU210813U1 RU 210813 U1 RU210813 U1 RU 210813U1 RU 2021138186 U RU2021138186 U RU 2021138186U RU 2021138186 U RU2021138186 U RU 2021138186U RU 210813 U1 RU210813 U1 RU 210813U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- damping
- dilatant non
- damping element
- newtonian fluid
- dilatant
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F5/00—Liquid springs in which the liquid works as a spring by compression, e.g. combined with throttling action; Combinations of devices including liquid springs
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
- F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
- F16F9/30—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium with solid or semi-solid material, e.g. pasty masses, as damping medium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах демпфирования различных типов, например, при изготовлении различных пуленепробиваемых защитных чехлов, кожухов, жилетов, закрывающих подвижные узлы от внешних воздействий, в военной технике, для крепления контейнеров с взрывоопасными грузами для снижения вероятности взрыва при столкновении поездов в случае железнодорожной аварии, для предотвращения аварий на атомных электростанциях (АЭС).Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных свойств и области применения демпфирующего элемента системы демпфирования.Техническим результатом полезной модели является увеличение диапазона скоростей деформации, в котором происходит увеличение жесткости демпфирующего элемента.Указанная задача решается тем, что в известном комбинированном демпфирующем элементе для систем демпфирования, выполненном в виде полой металлической спирали, внутренняя полость которой заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, дилатантная неньютоновская жидкость размещена в наборе из не менее двух гибких эластичных полимерных трубок с закрытыми полостями, в каждой из которых дилатантная неньютоновская жидкость имеет различный состав и разную зависимость жесткости от градиента скорости деформации пружины. 2 ил.
Description
Предлагаемая полезная модель относится к области машиностроения и может быть использована в системах демпфирования различных типов, например, при изготовлении различных пуленепробиваемых защитных чехлов, кожухов, жилетов, закрывающие подвижные узлы от внешних воздействий, в военной технике, для крепления контейнеров с взрывоопасными грузами для снижения вероятности взрыва при столкновении поездов в случае железнодорожной аварии, для предотвращения аварий на атомных электростанциях (АЭС).
Известны упругие элементы для систем демпфирования [Детали машин. Расчет и конструирование. Справочник /Под ред. Н.С. Ачеркана. Том 1. М.: Машиностроение, 1968. - 440 с.], выполненные из металла, а также в машиностроении широко применяются неметаллические упругие элементы, выполненные, как правило, из резины или полимерных материалов.
Однако такие упругие элементы не пригодны для использования в машинах и механизмах при повышенных деформациях сжатия, изгиба и сдвига, так как такие демпфирующие элементы быстро разрушаются.
Известен упругий элемент для систем демпфирования, выполненный из металлической пружины, заделанной в корпус упругого элемента [Авторское свидетельство СССР №136608, кл. 47 а8. "Упругий элемент для систем демпфирования" /A.M. Сойфер, В.Н. Бузицкий, В.А. Першин. Опубликовано "Бюллетень изобретений" №5, 1961 г.].
Недостатком известного упругого элемента для систем демпфирования является слабая зависимость его упругих свойств от скорости деформирования.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является комбинированный демпфирующий элемент для систем демпфирования, выполненный в виде полой металлической спирали, внутренняя полость которой заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью [патент авторов (ПМ) №196775 "Комбинированный демпфирующий элемент", 2019 г.] - прототип.
Недостатком известного комбинированного демпфирующего элемента для систем демпфирования является невозможность изменения коэффициента демпфирования (то есть, жесткости) при различных частотных величинах действующей ударной знакопеременной нагрузки, что связано с возможностью работы только в ограниченном диапазоне эксплуатационных частот изделия при значительных знакопеременных нагрузках.
Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных свойств и области применения демпфирующего элемента системы демпфирования.
Техническим результатом полезной модели является увеличение диапазона скоростей деформации, в котором происходит' увеличение жесткости демпфирующего элемента.
Указанная задача решается тем, что в известном комбинированном демпфирующем элементе для систем демпфирования, выполненном в виде полой металлической спирали, внутренняя полость которой заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, дилатантная неньютоновская жидкость размещена в наборе из не менее двух гибких эластичных полимерных трубок с закрытыми полостями, в каждой из которых дилатантная неньютоновская жидкость имеет различный состав и разную зависимость жесткости от градиента скорости деформации пружины.
Так как внутренняя полость металлической пружины содержит набор гибких эластичных трубок, заполненных дилатантными неньютоновскими жидкостями с различным составом и разной зависимостью жесткости от градиента скорости деформации пружины, то жесткость комбинированного демпфирующего элемента будет возрастать в широком диапазоне скоростей деформации, что решает задачу расширения эксплуатационных свойств и области практического применения демфирующего элемента системы демпфирования.
Сущность полезной модели поясняется рисунками, где на фиг. 1 приведена схема конструкции комбинированного демпфирующего элемента, а на фиг. 2 показано поперечное сечение демпфирующего элемента.
На рисунках используюся следующтие обозначения: 1 - полая металлическая пружина; 2 - полимерные трубки; 3 - дилатантная неньютоновская жидкость.
Комбинированный демпфер состоит из полой витой металлической пружины 1, внутренняя полость витой металлической пружины 1 содержит набор гибких эластичных трубок из полимерного материала 2, заполненных дилатантными неньютоновскими жидкостями 3 с различным составом и параметрами, определяющих зависимость ее жесткости от градиента скорости деформации комбинированного деформирующего элемента ситемы демпфирования. Концы полимерных трубок 2 заделаны так (не показано), что это предотвращает вытекание из них дилатантной неньютоновской жидкости, а концы полой металлической пружины 1 сдеформированы так, что это предотвращает выпадение из ее полости полимерных трубок 2 (не показано).
В качестве дилатантных неньютоновских жидкостей в наборе гибких эластичных трубок из полимерного материала 2 может использоваться, например, смесь вискозы, этиленгликоля и кремнезема с различной концентрацией.
При деформировании полой витой металлической пружины 1 с малой скоростью она будет деформироваться как обычная упругая пружина с постоянной жесткостью, которая зависит только от модуля упругости ее материала. Дилатантные неньютовские жидкости 3, которыми наполнены полимерные трубки 2, при малой скорости деформации ведут себя как обычные жидкости, и поэтому не вызывают сопротивление деформации пружины. При увеличении скорости деформации - например, при действии вибрационных ускорений различных частот и ударных ускорений жесткость гибких эластичных трубок 2, заполненных неньютоновскими жидкостями резко возрастает, каждая из них приобретает свойство твердого упругого тела и начинает выполнять функцию дополнительной упругой спирали, подсоединенной параллельно к полой витой металлической пружине 1. Так как состав и свойства дилатантной неньютоновской жидкости в различных полимерных трубках различна, то с увеличением скорости деформации жесткость комбинированного демпфера будет плавно возрастать. Подбирая экспериментально геометрические параметры, сечение и материал полой витой металлической пружины 1, количество гибких эластичных полимерных трубок 2, заполненных дилатантными неньютоновскими жидкостями в наборе, и типы дилатантных неньютоновских жидкостей с различными параметрами жесткости, можно существенно изменять упругие свойства комбинированного демпфера и обеспечить увеличение жесткостных и прочностных свойств демпфера. Это расширяет диапазон скоростей деформации, в котором происходит увеличение жесткости демпфирующего элемента, а, следовательно, расширяет эксплуатационные свойства и область практического применения демпфирующего элемента системы демпфирования.
Пример. Полая витая металлическая пружина изготовлена из металлической трубки из пружинной стали, например, марок 50ХГ, 55ХГР, имеющей модуль сдвига G=80 ГПа. Диаметр металлической трубки (20⋅10-3)(м), толщина стенок металлической трубки (1⋅10-3)(м), диаметр намотки (100⋅10-3)(м), число витков равно 3. Внутренняя закрытая полость витой металлической пружины имеет диаметр полости (18⋅10-3)(м). Во внутренней закрытой полости витой металлической пружины расположены две гибкие эластичные трубки из полимерного материала, заполненные дилатантными неньютоновскими жидкостями с различными параметрами вязкости; например, дилатантной неньютоновской жидкостью d3o, разработанный одной из британских компаний, имеющей плотность р=0,5…0,65 (г/см3) и дилатантной неньютоновской жидкостью на основе мелкодисперсного порошка кремнезема и этиленгликоля в качестве жидкой фракции.
В неньютоновской жидкости d3o роль жидкой фазы играет вискоза - производное целлюлозы, жидкий полимер - раствор ксантогената целлюлозы в разбавленном NaOH, получаемый, в основном, из древесного сырья. Твердой фазой служат наночастицы полиборметилсилоксана - сложного боркремнийорганического полимера.
При скорости деформации 10 (м/с) - (первый диапазон ударных ускорений для трубки, заполненной материалом d3o при резонансной частоте ω1) - данная жидкость имеет модуль сдвига G=16 ГПа.
При скорости деформации 18 (м/с) - (второй диапазон ударных ускорений для трубки, заполненной жидкостью на основе мелкодисперсного порошка кремнезема и этиленгликоля в качестве жидкой фракции при резонансной частоте ω2) - данная жидкость имеет модуль сдвига G=18 ГПа.
Произведем оценку жесткости комбинированного многоступенчатого демпфера.
Коэффициент жесткости для упругого элемента - витой полой цилиндрической пружины сжатия определяется по соотношению [Яворский Д.М. и др. Справочник по физике для инженеров и студентов вузов. 8 - изд. М.:"Оникс", 2006 г. - 1056 с.]:
Кр=Gp dp*4/(8 Dp 3 n)=80х109х74х10-12/(8х1003х10-9х3)=8003 (Н/м)
Такую жесткость комбинированный упругий элемент будет иметь при скорости деформации менее 10 (м/с).
По той же формуле определим коэффициент жесткости первой трубки из полимерного материала, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью d3o, при скорости деформации 10 (м/с) - (при вибрационной частоте ω1). Он равен Κ1=4374 (Н/м).
По той же формуле определим коэффициент жесткости второй трубки из полимерного материала, заполненной дилатантной неньютоновской жидкостью на основе мелкодисперсного порошка кремнезема и этиленгликоля в качестве жидкой фракции, при скорости деформации 18 (м/с) - (при вибрационной частоте ω2). Он равен K2=4920 (Н/м).
Таким образом, при скорости деформации до 10 м/с суммарная жесткость комбинированного демпфера равна К=8003 Н/м, при скорости деформации от 10 до 18 м/с суммарная жесткость комбинированного демпфера будет равна К=К1+К2=12377 Н/м, а при скорости деформации 18 м/с и более суммарная жесткость комбинированного демпфера будет равна K=Kp+K1+K2=17297 (Н/м). Отсюда следует, что жесткость системы комбинированного демпфирующего элемента при повышении скорости деформации более 18 (м/с) плавно возрастает более чем в 2 раза, что плавно уменьшает перемещения в системе демпфирования, а это может являться решающим фактором при предотвращении различного рода аварий.
Таким образом, использование предлагаемой конструкции комбинированного демпфирующего элемента позволяет обеспечить увеличение диапазона скоростей деформации, в котором происходит плавное увеличение жесткости демпфирующего элемента, что решает задачу расширения эксплуатационных свойств и области применения демпфирующего элемента системы демпфирования.
Claims (1)
- Комбинированный демпфирующий элемент для систем демпфирования, выполненный в виде полой металлической спирали, внутренняя полость которой заполнена дилатантной неньютоновской жидкостью, отличающийся тем, что дилатантная неньютоновская жидкость размещена в наборе из не менее двух гибких эластичных полимерных трубок с закрытыми полостями, в каждой из которых дилатантная неньютоновская жидкость имеет различный состав и разную зависимость жесткости от градиента скорости деформации пружины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021138186U RU210813U1 (ru) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Комбинированный демпфирующий элемент |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021138186U RU210813U1 (ru) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Комбинированный демпфирующий элемент |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU210813U1 true RU210813U1 (ru) | 2022-05-05 |
Family
ID=81459150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021138186U RU210813U1 (ru) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Комбинированный демпфирующий элемент |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU210813U1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU216767U1 (ru) * | 2022-11-28 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Комбинированный демпфирующий элемент |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5712011A (en) * | 1995-07-27 | 1998-01-27 | Beth Israel Deaconess Medical Center, Inc. | Tug-resistant link |
JP2009264486A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Honda Motor Co Ltd | ばね |
RU186280U1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Комбинированный упругий элемент с функцией аварийного демпфирования |
RU196775U1 (ru) * | 2019-05-27 | 2020-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Комбинированный демпфирующий элемент |
-
2021
- 2021-12-21 RU RU2021138186U patent/RU210813U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5712011A (en) * | 1995-07-27 | 1998-01-27 | Beth Israel Deaconess Medical Center, Inc. | Tug-resistant link |
JP2009264486A (ja) * | 2008-04-25 | 2009-11-12 | Honda Motor Co Ltd | ばね |
RU186280U1 (ru) * | 2018-09-27 | 2019-01-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Комбинированный упругий элемент с функцией аварийного демпфирования |
RU196775U1 (ru) * | 2019-05-27 | 2020-03-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» | Комбинированный демпфирующий элемент |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU216767U1 (ru) * | 2022-11-28 | 2023-02-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) | Комбинированный демпфирующий элемент |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Wang et al. | A negative Poisson's ratio suspension jounce bumper | |
Stylianou et al. | Finite element analysis of an axially moving beam, part II: stability analysis | |
WO2011015828A1 (en) | Force-controlling hydraulic device | |
RU210813U1 (ru) | Комбинированный демпфирующий элемент | |
RU196775U1 (ru) | Комбинированный демпфирующий элемент | |
RU186280U1 (ru) | Комбинированный упругий элемент с функцией аварийного демпфирования | |
Zahran et al. | A new configuration of circular stepped tubes reinforced with external stiffeners to improve energy absorption characteristics under axial impact | |
Kelly | Reinforcement of structural materials by long strong fibres | |
Yang et al. | Review of structural control technologies using magnetorheological elastomers | |
Barbarino et al. | Energy dissipation of a bi-stable von-mises truss under harmonic excitation | |
Mahdi et al. | On the collapse of cotton/epoxy tubes under axial static loading | |
RU193639U1 (ru) | Двухступенчатый комбинированный демпфер с функцией аварийного демпфирования | |
Xie et al. | Bending crashworthiness of thin-walled square tubes with multi-cell and double-tube cross-sections | |
Stolle et al. | Modeling wire rope used in cable barrier systems | |
RU185341U1 (ru) | Комбинированный упругий элемент для систем демпфирования | |
Schmidt et al. | Development of a new energy-absorbing roadside/median barrier system with restorable elastomer cartridges. | |
Jin et al. | Dynamic Responses of a Moored Submerged Floating Tunnel under Moving Loads and Wave Excitations | |
Ebrahimi et al. | Dynamic modeling of a multi-scale sandwich composite panel containing flexible core and MR smart layer | |
Sun et al. | An equivalent stiffness (ES) method for initial design of tube-based energy absorbers under lateral quasi-static compression | |
RU205597U1 (ru) | Листовая рессора транспортного средства | |
Gadjiev et al. | Oscilllations of a nonhomogeneous different modulus beam with a load moving on it situated on nonhomogeneous viscoelastic foundation | |
SIMEONOVA et al. | PREDICTION OF REINFORCING FIBRE ORIENTATION THROUGH A PARALLEL ANNULAR EXTRUSION CANAL. | |
Said et al. | Quasi-static response of laterally simple compressed hexagonal rings | |
US3737154A (en) | Shock attenuating device | |
Rezvani | Experimental and numerical simulation investigation on crushing response of foam-filled conical tubes stiffened with annular rings |