RU2678932C1 - Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions - Google Patents
Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2678932C1 RU2678932C1 RU2017145335A RU2017145335A RU2678932C1 RU 2678932 C1 RU2678932 C1 RU 2678932C1 RU 2017145335 A RU2017145335 A RU 2017145335A RU 2017145335 A RU2017145335 A RU 2017145335A RU 2678932 C1 RU2678932 C1 RU 2678932C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameter
- law
- vibration
- change
- mechanical properties
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 19
- 238000010276 construction Methods 0.000 title 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- 102220562239 Disintegrin and metalloproteinase domain-containing protein 11_F16P_mutation Human genes 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
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
- F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
- F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Vibration Prevention Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано как способ гашения колебаний упругих элементов конструкций объектов в условиях внешнего нагружения в любой области техники.The invention relates to mechanical engineering and can be used as a method of damping vibrations of elastic structural elements of objects under external loading in any field of technology.
Известны способы снижения амплитуды вибрации конструкций с использованием динамических виброгасителей [Патент US 989958, F16F 7/1022, F16F 15/14, Device for damping vibrations of bodies, автор: Hermann Frahm, заявлен 30.10.1911, опубл. 18.04.1911] и [Ден-Гартог Дж.П. Механические колебания. - М.: Физматгиз, 1960. - 580 с.], широко применяемые в технике для подавления колебаний конструкций и сооружений (небоскребов, мостов, заводских труб, проводов ЛЭП и т.п.). Согласно указанным способам вибрация исходной конструкции возбуждает вибрацию закрепленного на ней виброгасителя, который начинает оказывать на конструкцию обратное воздействие. Если собственная частота колебаний виброгасителя совпадет с частотой внешнего силового воздействия, действующего на исходную конструкцию, виброгаситель начнет колебаться в противофазе с внешним воздействием и противодействовать ему. В результате внешнее воздействие и воздействие со стороны виброгасителя компенсируют друг друга, равнодействующая сила, действующая на исходную конструкцию, становится близка к нулю, и ее вибрации практически подавляются.Known methods for reducing the amplitude of vibration of structures using dynamic vibration dampers [Patent US 989958,
Основной недостаток способов с использованием динамического виброгашения состоит в том, что они подавляют вибрации конструкции в узком диапазоне частот, близких к ее собственной частоте колебаний. Вне этого диапазона снижения вибрации не происходит, она может даже усиливаться [Вибрации в технике. Справочник в 6-ти т. Том 6 - Защита от вибрации и ударов. М.: Машиностроение, 1981, 456 с. - С. 326-365].The main disadvantage of methods using dynamic vibration damping is that they suppress vibration of the structure in a narrow frequency range close to its natural frequency of vibrations. Outside this range, vibration reduction does not occur; it can even amplify [Vibrations in technology. Handbook of 6 vols. Volume 6 - Protection against vibration and shock. M .: Mechanical Engineering, 1981, 456 p. - S. 326-365].
Применение динамического способа подавления вибрации в упругих элементах типа тросов, стержней, плит и оболочек вызывает необходимость в использовании нескольких гасителей.The use of a dynamic method of suppressing vibration in elastic elements such as cables, rods, plates and shells necessitates the use of several dampers.
Для преодоления указанного недостатка используются разные способы - введение в гаситель повышенного демпфирования, применение нелинейной пружины, оснащение гасителя средствами управления [Вибрации в технике. Справочник в 6-ти т. Том 6 - Защита от вибрации и ударов. М.: Машиностроение, 1981, 456 с. - С. 326-365], однако, все это усложняет систему.To overcome this drawback, different methods are used - introducing increased damping into the damper, using a non-linear spring, equipping the damper with controls [Vibrations in technology. Handbook of 6 vols. Volume 6 - Protection against vibration and shock. M .: Mechanical Engineering, 1981, 456 p. - S. 326-365], however, all this complicates the system.
Наиболее близким к предлагаемому решению является способ с использованием тросового виброизолятора [Патент RU 38868 ПМ, F16F 7/14 (2000.01), F16G 11/00 (2000.01), Тросовый виброизолятор, авторы: Пономарев Ю.К., Калакутский В.И., Пономарев Д.Ю, Шатров В.Г., Антипов В.А., Дулецкий В.А., Огнянов И.О., опубл. 10.07.2004. Бюл. №19].Closest to the proposed solution is a method using a cable vibration isolator [Patent RU 38868 ПМ,
Технический эффект при использовании указанного решения состоит в повышении эффективности подавления вибрации. При применении данного способа вибрационная или ударная нагрузка, приходящая от вибрирующего объекта или основания, приводит к изгибной или крутильной деформации участков тросового элемента. Деформируясь, отдельные проволочки троса проскальзывают друг относительно друга с трением в местах их контакта. Взаимное проскальзывание проволочек при деформировании троса приводит к тому, что нагрузочные характеристики виброизолятора в трех взаимно перпендикулярных направлениях имеют вид гистерезисных петель, площадь которых характеризует рассеянную циклическую энергию. Эта энергия, превращаясь в тепло, рассеивается в окружающем пространстве. Благодаря рассеянию энергии, происходит гашение колебаний объекта и снижение нагрузок на него при ударах.The technical effect when using this solution is to increase the vibration suppression efficiency. When applying this method, a vibrational or shock load coming from a vibrating object or base leads to bending or torsional deformation of the sections of the cable element. Deforming, individual wires of the cable slip relative to each other with friction at their contact points. Mutual slippage of the wires during the deformation of the cable leads to the fact that the load characteristics of the vibration isolator in three mutually perpendicular directions have the form of hysteresis loops, the area of which characterizes the scattered cyclic energy. This energy, turning into heat, is dissipated in the surrounding space. Due to energy dissipation, the vibration of the object is damped and the loads on it are reduced during impacts.
Использование данного способа, однако, характеризуется низкой надежностью и ограниченным ресурсом, так как связано с интенсивным износом деформируемых и трущихся элементов тросового виброизолятора и их сильным нагревом.The use of this method, however, is characterized by low reliability and limited resource, as it is associated with intensive wear of deformable and rubbing elements of a cable vibration isolator and their strong heating.
Указанные недостатки устраняются предлагаемым изобретением.These disadvantages are eliminated by the invention.
Задача, решаемая изобретением, - создание принципиально иного способа гашения вибрации упругих элементов конструкций без использования каких-либо дополнительных устройств, то есть не усложнением конструкции, а за счет формирования виброгасящих свойств самого защищаемого элемента. Достигаемый технический результат - повышение эффективности подавления вибрации при одновременном снижении затрат, увеличение долговечности деталей и узлов машин и механизмов и повышение эксплуатационной надежности при реализации способа гашения вибрации.The problem solved by the invention is the creation of a fundamentally different method of damping the vibration of elastic structural elements without using any additional devices, that is, not by complicating the design, but by forming vibration-absorbing properties of the protected element itself. Achievable technical result - increasing the efficiency of vibration suppression while reducing costs, increasing the durability of parts and components of machines and mechanisms and improving operational reliability when implementing the method of damping vibration.
Поставленная задача решается тем, что гашение вибрации в определенной области элемента конструкции осуществляют за счет периодического изменения по пространственным координатам элемента одного из доступных его параметров: геометрической формы или физико-механических свойств материала. При этом измеряют и фиксируют закон изменения во времени внешнего высокочастотного колебательного воздействия и на его основе выбирают закон периодического по координатам изменения соответствующего параметра элемента - стоячей волны свойств, который используют при проектировании элемента.The problem is solved by the fact that vibration damping in a certain area of the structural element is carried out due to periodic changes in the spatial coordinates of the element of one of its available parameters: geometric shape or physico-mechanical properties of the material. At the same time, the law of the change in time of the external high-frequency oscillatory action is measured and recorded, and based on it, the law of the periodic change in the coordinates of the corresponding element parameter, the standing wave of properties, which is used when designing the element, is selected.
Закон изменения одного из параметров элемента, а именно, его формы или физико-механических свойств предпочтительно выбирают в виде гармонической стоячей волны свойств некоторой длины L и амплитуды А и определяют из выраженияThe law of variation of one of the parameters of the element, namely, its shape or physico-mechanical properties, is preferably selected in the form of a harmonic standing wave of properties of a certain length L and amplitude A and is determined from the expression
, где where
S(x) - параметр формы элемента (площадь поперечного сечения стержня, троса; толщина - для плиты и оболочки), или параметр физико-механических свойств материала элемента;S (x) is the parameter of the shape of the element (the cross-sectional area of the rod, cable; thickness is for the plate and the sheath), or the parameter of the physico-mechanical properties of the material of the element;
S0(х) - исходная величина параметра формы;S 0 (x) is the initial value of the shape parameter;
х - одна из пространственных координат;x is one of the spatial coordinates;
А - амплитуда изменения параметра S(x);A is the amplitude of the change in the parameter S (x);
L - длина волны изменения параметра S(x).L is the wavelength of the change in the parameter S (x).
В результате достигают достаточно высокого уровня гашения колебаний при простом изготовлении элемента, монтируемого в конструкции защищаемого объекта. Иными словами, поставленная цель достигается путем определенного изменения геометрической формы или физико-механических свойств защищаемого элемента.As a result, a sufficiently high level of damping of vibrations is achieved with the simple manufacture of an element mounted in the structure of the protected object. In other words, the goal is achieved by a certain change in the geometric shape or physico-mechanical properties of the protected element.
Предложенное решение выгодно отличается от прототипа отсутствием трущихся деталей и, соответственно, отсутствием износа и тепловыделения. Оно также обладает универсальностью, поскольку применимо для гашения вибрации различных упругих элементов конструкций, например, стержней, тросов, плит, оболочекThe proposed solution compares favorably with the prototype in the absence of friction parts and, accordingly, in the absence of wear and heat generation. It also has versatility, as it is applicable for damping the vibration of various elastic structural elements, for example, rods, cables, plates, shells
Последовательность действий согласно предлагаемому способу состоит в следующем:The sequence of actions according to the proposed method is as follows:
1. Измеряют и фиксируют закон периодического изменения во времени внешнего высокочастотного колебательного воздействия.1. Measure and record the law of periodic changes in time of the external high-frequency vibrational effects.
2. На основе этого закона выбирают закон периодического изменения по пространственной координате соответствующего параметра элемента - «стоячей волны свойств». Целью выбора является достижение максимального эффекта гашения вибрации. Геометрическим параметром в случае стержня или троса может быть площадь их поперечного сечения, а в случае плиты или оболочки - толщина элемента. Параметром физико-механических свойств материала может быть его модуль упругости, плотность, характеристика демпфирования. Выбор параметра зависит от вида элемента и его доступности для измерения.2. On the basis of this law, the law of periodic change in the spatial coordinate of the corresponding parameter of the element is chosen - the “standing wave of properties”. The purpose of the selection is to achieve the maximum damping effect of vibration. In the case of a rod or cable, the geometrical parameter may be their cross-sectional area, and in the case of a plate or sheath, the thickness of the element. The parameter of physical and mechanical properties of a material can be its elastic modulus, density, and damping characteristic. The choice of parameter depends on the type of element and its availability for measurement.
Выбор закона изменения параметра производят на основе расчетов, например, использования модели элемента и методов теории оптимального управления [Босс В. Лекции по теории управления. Т. 2: Оптимальное управление. М.: ЛЕНАНД, 2016. - 208 с.], а также путем а также путем численного или физического эксперимента.The choice of the law of parameter change is made on the basis of calculations, for example, using the element model and methods of optimal control theory [Boss V. Lectures on control theory. T. 2: Optimal control. M .: LENAND, 2016. - 208 p.], As well as by and also by numerical or physical experiment.
В подавляющем большинстве случаев можно ограничиться выбором закона «стоячей волны свойств» в виде гармонической стоячей волны некоторой длины L и амплитуды А (п. 2 формулы изобретения). При этом достигается приближенное к оптимальному решение.In the vast majority of cases, one can limit oneself to the choice of the law of the “standing wave of properties” in the form of a harmonic standing wave of a certain length L and amplitude A (
3. В соответствии с установленным законом изготавливают соответствующий элемент (деталь).3. In accordance with the established law, the corresponding element (part) is manufactured.
4. Деталь монтируют в конструкцию защищаемого объекта.4. The part is mounted in the structure of the protected object.
Физической основой предлагаемого способа является перераспределение энергии по упругому элементу при указанном изменении его формы или физико-механических свойств материала.The physical basis of the proposed method is the redistribution of energy over the elastic element with the specified change in its shape or physico-mechanical properties of the material.
Способ иллюстрируется на примере упругого стержня (фиг. 1 и 2).The method is illustrated by the example of an elastic rod (Fig. 1 and 2).
На фиг. 1 показаны: исходный стержень 1 с постоянным поперечным сечением, стержень 2, поперечное сечение которого изменяют по периодическому вдоль длины закону («стоячая волна свойств» длины L), а также условно изображен стержень 3 постоянного поперечного сечения, материал которого имеет периодически изменяющиеся по длине стержня физико-механические свойства (показано на чертеже изменением густоты темного фона).In FIG. 1 shows: an
На фиг. 2 представлены: 1 - исходный элемент - упругий стержень длины и радиуса r с постоянным по длине круговым поперечным сечением.In FIG. 2 presents: 1 - initial element - elastic rod of length and radius r with a constant longitudinal circular cross-section.
Стержень заделан на правом конце, а на левом действует периодическое внешнее возмущение F(ωt); ω - круговая частота колебаний, t - время. Закон изменения силы F(ωt) во времени t представлен кривой 4 (фиг. 2). Сила F(ωt) вызывает продольные колебания стержня y(ωt), которые в точке описываются кривой 5. На основе зависимости 4 определяют закон изменения (кривая 6 фиг. 2) площади S(x) поперечного сечения стержня 1 вдоль его длины - координаты х. Этот закон (стоячая волна свойств) определен на основе закона 4 изменения внешнего воздействия F(ωt) путем минимизации колебаний стержня в точке и вблизи нее. Соответствующая конструкция боковой поверхности стержня 2 представлена кривой 8 (осевое сечение) (фиг. 2). В результате колебания стержня 2 в точке , описываемые кривой 7, значительно подавляются.The rod is sealed at the right end, and a periodic external disturbance F (ωt) acts on the left; ω is the circular frequency of oscillations, t is time. The law of variation of the force F (ωt) in time t is represented by curve 4 (Fig. 2). The force F (ωt) causes longitudinal vibrations of the rod y (ωt), which at the point are described by
Предлагаемый способ подавления вибрации в заданных местах упругих элементов конструкций путем введения пространственных периодических по координате изменений параметров этих элементов обеспечивает высокий уровень гашения колебаний. Поскольку подавление вибрации достигается без использования дополнительных устройств, а лишь за счет перераспределения энергии колебаний упругого элемента и изменения его собственных частот, то обеспечивается простота решения задачи виброгашения при одновременном снижении затрат и повышении эксплуатационной надежности и ресурса.The proposed method of suppressing vibration at predetermined locations of the elastic structural elements by introducing spatial periodic coordinate changes in the parameters of these elements provides a high level of vibration damping. Since vibration suppression is achieved without the use of additional devices, but only by redistributing the vibrational energy of the elastic element and changing its natural frequencies, it is easy to solve the vibration damping problem while reducing costs and increasing operational reliability and resource.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145335A RU2678932C1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017145335A RU2678932C1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2678932C1 true RU2678932C1 (en) | 2019-02-04 |
Family
ID=65273627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017145335A RU2678932C1 (en) | 2017-12-22 | 2017-12-22 | Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2678932C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU162018A1 (en) * | OPERATOR FOR CUTTING SOKS AND SHAWNS | |||
EP1055838A2 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-29 | Delta Tooling Co., Ltd. | Vibration mechanism |
RU38868U1 (en) * | 2004-02-24 | 2004-07-10 | Самарская государственная академия путей сообщения | ROPE VIBRATION INSULATOR |
US20120125699A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-05-24 | Walker Lee Guthrie | Variable amplitude sine wave spring |
-
2017
- 2017-12-22 RU RU2017145335A patent/RU2678932C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU162018A1 (en) * | OPERATOR FOR CUTTING SOKS AND SHAWNS | |||
EP1055838A2 (en) * | 1999-05-25 | 2000-11-29 | Delta Tooling Co., Ltd. | Vibration mechanism |
RU38868U1 (en) * | 2004-02-24 | 2004-07-10 | Самарская государственная академия путей сообщения | ROPE VIBRATION INSULATOR |
US20120125699A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-05-24 | Walker Lee Guthrie | Variable amplitude sine wave spring |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Huang et al. | Vibration isolation characteristics of a nonlinear isolator using Euler buckled beam as negative stiffness corrector: a theoretical and experimental study | |
Nagaya et al. | Vibration control of a structure by using a tunable absorber and an optimal vibration absorber under auto-tuning control | |
Bouna et al. | Isolation performance of a quasi-zero stiffness isolator in vibration isolation of a multi-span continuous beam bridge under pier base vibrating excitation | |
JP6669648B2 (en) | Self-tuning mass damper and system including the same | |
Sun et al. | Experimental investigation of vibration attenuation using nonlinear tuned mass damper and pendulum tuned mass damper in parallel | |
Yao et al. | Experimental and theoretical investigation on dynamic properties of tuned particle damper | |
Cai et al. | Cable vibration control with a TMD-MR damper system: Experimental exploration | |
Yang et al. | Optimal design of distributed tuned mass dampers for passive vibration control of structures | |
Noori et al. | Optimum design of dynamic vibration absorbers for a beam, based on H∞ and H 2 Optimization | |
Kecik et al. | Parametric analysis of magnetorheologically damped pendulum vibration absorber | |
Makihara et al. | Comprehensive assessment of semi-active vibration suppression including energy analysis | |
Sadeghian et al. | Novel adaptive tuned viscous inertance damper (ATVID) with adjustable inertance and damping for structural vibration control | |
Love et al. | Series-type pendulum tuned mass damper-tuned sloshing damper | |
Yabuno et al. | Suppression of parametric resonance in cantilever beam with a pendulum (Effect of static friction at the supporting point of the pendulum) | |
RU2678932C1 (en) | Method for substituting the vibration of elastic elements of constructions | |
CN113153949B (en) | Nonlinear coupling resonance unit and nonlinear acoustic metamaterial cellular structure | |
Wu et al. | A Bufferable Tuned‐Mass Damper of an Offshore Platform against Stroke and Response Delay Problems under Earthquake Loads | |
Huang et al. | Active control of stay cable vibration using a giant magnetostrictive actuator | |
Holdhusen et al. | A state-switched absorber used for vibration control of continuous systems | |
Bukhari et al. | Exact nonlinear dynamic analysis of a beam with a nonlinear vibration absorber and with various boundary conditions | |
Milašinović | Rheological-dynamical analogy: design of viscoelastic and viscoplastic bar dampers | |
Sireteanu et al. | A linearization method of piecewise linear systems based on frequency domain characteristics with application to semi-active control of vibration | |
JPS5934903B2 (en) | Shindoukanshiyouki | |
Ha et al. | Numerical and experimental studies of pendulum dynamic vibration absorber for structural vibration | |
Josefsson et al. | Optimisation of a non-linear tuned vibration absorber in a hand-held impact machine |