SE436051B

SE436051B - Apparatus for vibration reduction

Info

Publication number: SE436051B
Application number: SE8103748A
Authority: SE
Inventors: G Hagbjer
Original assignee: Ifm Akustikbyran Ab
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1981-06-15
Publication date: 1984-11-05
Also published as: SE8103748L

Abstract

The invention concerns a device for vibration dampening of a structure (11) during the use of an adhesive, delayed recovery material (13) and at least one counter body (14). Generally, the counter body (14) is threadlike and rod-shaped and is embedded in the delayed recovery material (13) so that it can vibrate sympathetically relative to the structure (11) during deformation of the delayed recovery material (13) around the sections of the counter body embedded in this when the delayed recovery material adheres to a vibrating structure (11).<IMAGE>

Description

8103748-3 10 15 20 25 30 35 konstruktionen och plåten. 8103748-3 10 15 20 25 30 35 the construction and the plate.

Uppfinnaren har nu gjort den förvånande upptäckten, att om motkroppen är så formad och anordnad, att den åtminstone kan utföra en svängnings- eller tippningsrörelse relativt sin längdriktning, läggs en ny och överraskande dämpeffekt till den konventionella dämpning, som orsakas av skjuvning i det viskoelastiska skiktet. Om motkroppens längd dessutom anpassas till longitudinalvåglängden i motkroppens material, erhålls också dämpning av longitudinalvågor i en konstruktion genom skjuvning i det viskoelastiska skiktet. En föredragen form på motkroppen är en sådan med allmänt sett tråd- eller stav- form med cirkulär eller annan tvärsektion.The inventor has now made the surprising discovery that if the counterbody is so shaped and arranged that it can at least perform a pivoting or tilting movement relative to its longitudinal direction, a new and surprising damping effect is added to the conventional damping caused by shear in the viscoelastic layer. . In addition, if the length of the counterbody is adapted to the longitudinal wavelength of the material of the counterbody, attenuation of longitudinal waves in a structure is also obtained by shearing in the viscoelastic layer. A preferred shape of the counterbody is one with a generally wire or rod shape with a circular or other cross section.

Uppfinningen kännetecknas sålunda primärt av att motkroppen allmänt sett är tråd- eller stavformig samt inbäddad i det viskoelastiska materialet så att den har möjlighet att reso- nanssvänga relativt en konstruktion under deformation av det viskoelastiska materialet kring däri inbäddade partier av mot- kroppen då det viskoelastiska materialet häftar vid en vibre- rande konstruktion.' Uppfinningen beskrivs i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka Fig. l med en perspektivvy visar ett utskuret parti av en enligt uppfinningen dämpad konstruktion; Fig. 2a och 2b visar ett snitt efter linjen II-II i fig. l, varvid fig. 2a visar konstruktionen i vila och fig. 2b visar densamma i starkt överdriven transversalsvängning i vertikal- led; Fig. 3a, b och c visar ett snitt efter linjen III-III i fig. l, varvid fig. 3a visar motkroppen i viloläge medan fig. 3b och 3c visar densamma under svängning åt vänster resp. höger; Fig. 4a visar uppifrån konstruktionen enligt fig. l försatt i kraftigt överdriven transversalsvängning i horisontalled; »<1 10 15 20 25 30 35 81037148-3 Fig. 4b visar ett snitt efter linjen IVb i fig. 4a; Fig. 4c visar ett snitt efter linjen IVc i fig. 4a; Fig. 5, 6, 7 och 8 visar var sitt exempel på alternativa mot- kroppar; Fig. 9 visar i perspektiv flera i ett viskoelastiskt skikt anbringade tråd- eller stavformiga motkroppar samt Fig. 10 slutligen visar uppifrån ett exempel på tillämpning av uppfinningen.The invention is thus characterized primarily by the fact that the counterbody is generally wire-shaped or rod-shaped and embedded in the viscoelastic material so that it has the possibility of resonating relative to a structure during deformation of the viscoelastic material around portions of the counterbody embedded therein when the viscoelastic material adheres to a vibrating construction. ' The invention is described in the following with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows with a perspective view a cut-out portion of a construction damped according to the invention; Figs. 2a and 2b show a section along the line II-II in Fig. 1, Fig. 2a showing the construction at rest and Fig. 2b showing the same in greatly exaggerated transverse oscillation in the vertical direction; Fig. 3a, b and c show a section along the line III-III in Fig. 1, Fig. 3a showing the opposite body in rest position while Figs. 3b and 3c show the same while turning to the left and Figs. Right; Fig. 4a shows from above the construction according to Fig. 1 set in greatly exaggerated transverse oscillation in horizontal direction; »<1 10 15 20 25 30 35 81037148-3 Fig. 4b shows a section along the line IVb in Fig. 4a; Fig. 4c shows a section along the line IVc in Fig. 4a; Figs. 5, 6, 7 and 8 each show an example of alternative counter-bodies; Fig. 9 shows in perspective several wire or rod-shaped counter-bodies arranged in a viscoelastic layer, and Fig. 10 finally shows from above an example of application of the invention.

I fig. l betecknar ll ett parti av en vibrerande konstruktion, som är dämpad enligt uppfinningen. Denna konstruktion kan exempelvis vara en motor, en byggnadskonstruktion, en trappa eller vilken som helst konstruktion av vilket som helst kon- struktionsmaterial, som vibrerar och/eller avstrâlar buller på grund av sin användning eller av andra skäl. På en yta l2 på konstruktionen ll är anbringat ett skikt 13 av ett visko- elastiskt material, som häftar till ytan 12. Såsom är vanligt inom tekniken med viskoelastisk dämpning är en motkropp an- bringad på det viskoelastiska skiktet. Enligt uppfinningen är denna motkropp en allmänt sett tråd- eller stavformad kropp 14, vilken enligt fig. 3a har cirkulärt tvärsnitt och är del- vis inbäddad i skiktet 13 och delvis uppskjuter ur detsamma, så att tvärsnittets masscentrum M i det visade exemplet be- finner sig ovanför eller utanför det viskoelastiska skiktets 13 ytplan.In Fig. 1, 11 denotes a portion of a vibrating structure which is damped according to the invention. This construction can be, for example, an engine, a building construction, a staircase or any construction of any construction material, which vibrates and / or emits noise due to its use or for other reasons. On a surface 12 of the structure 11, a layer 13 of a viscoelastic material is applied, which adheres to the surface 12. As is usual in the art of viscoelastic damping, an opposing body is applied to the viscoelastic layer. According to the invention, this opposing body is a generally wire-shaped or rod-shaped body 14, which according to Fig. 3a has a circular cross-section and is partly embedded in the layer 13 and partly protrudes from the same, so that the cross-center mass center M in the example shown above or outside the surface plane of the viscoelastic layer 13.

Såsom vid konventionell viskoelastisk dämpning, där en all- mänt sett plattliknande motkropp används, uppnås dämpning genom longitudinell skjuvning i det viskoelastiska skiktet 13 då konstruktionen ll böjsvänger enligt fig. 2b.As with conventional viscoelastic damping, where a generally plate-like counterweight is used, damping is achieved by longitudinal shear in the viscoelastic layer 13 when the structure 11 bends according to Fig. 2b.

På grund av motkroppens l4 form och belägenhet i det visko- elastiska skiktet har motkroppen, i synnerhet vid lägre frek- venser, möjlighet att också tippa eller rotera i sidled i re- sonans med vibrationsfrekvensen. Exempel på denna effekt vi- sas i fig. 3b och c, varvid tippningen eller rotationen i den- 81037148-3 10 15 20 25. 30 35 na första mod sker kring ett rotationscentrum C, som är be- läget under kroppen, och det viskoelastiska materialet defor- meras på ömse sidor om kroppen. Denna cykliska deformation av det viskoelastiska materialet orsakar ytterligare förlus- ter av energi och sålunda ytterligare dämpning.Due to the shape and location of the counter-body 14 in the viscoelastic layer, the counter-body, especially at lower frequencies, has the possibility of also tipping or rotating laterally in resonance with the vibration frequency. Examples of this effect are shown in Figs. 3b and c, whereby the tilting or rotation in this first mode takes place around a center of rotation C, which is located below the body, and the the viscoelastic material is deformed on both sides of the body. This cyclic deformation of the viscoelastic material causes further losses of energy and thus further damping.

Vid högre frekvenser kan motkroppen i en andra mod börja ro- tera fram och åter kring ett ovanför kroppen beläget rota- tionscentrum (ej visat).At higher frequencies, the second body in a second mode can begin to rotate back and forth around a center of rotation located above the body (not shown).

Motkroppen 14 kan också vid höga frekvenser böjsvänga med en annan böjvåglängd än konstruktionen ll (fig. 4a). Därvid upp- står dels skjuvdeformationer i skiktet 13 på grund av horison- tella rörelser hos motkroppen l4 (fig. 4b och 4c) och dels deformation vid kompression av skiktet 13 för vertikala (räk- nat relativt en horisontell yta) rörelser hos tråden (ej vi- sat).The counterbody 14 can also bend at high frequencies with a different bending wavelength than the construction 11 (Fig. 4a). In this case, shear deformations occur in the layer 13 due to horizontal movements of the counterbody 14 (Figs. 4b and 4c) and partly deformation upon compression of the layer 13 for vertical (calculated relative to a horizontal surface) movements of the wire (not vi- sat).

Motkroppens verkliga rörelser kan mycket väl och mycket sanno- likt vara en kombination av de rörelser, som nu beskrivits och visas i fig. 2, 3 och 4. Om exempelvis tvärsnittet enligt fig. 4b dessutom utsätts för en rotations- eller tippnings- rörelse enligt fig. 3b och samtidigt tvärsnittet enligt fig. 4c utsätts för en rotations- eller tippningsrörelse enligt fig. 3c, kommer motkroppen att torsionsvridas mellan dessa tvärsnitt, vilket också kommer att bidraga till energiför- luster och därmed ytterligare dämpning.The actual movements of the counter-body may very well and very likely be a combination of the movements now described and shown in Figs. 2, 3 and 4. If, for example, the cross-section according to Fig. 4b is also subjected to a rotational or tilting movement according to Fig. 3b and at the same time the cross-section according to Fig. 4c is subjected to a rotational or tilting movement according to Fig. 3c, the counterbody will be torsionally rotated between these cross-sections, which will also contribute to energy loss and thus further damping.

I fig. 5, 6,_7 och 8 visas exempel på andra tvärsnitt hos mot- kroppen, ett rektangulärt tvärsnitt 15, ett T-format tvär- snitt 16, ett U-format tvärsnitt 17 samt ett tvärsnitt 18 med en cylindrisk del 19 och två skänklar 20, 2l, mellan vil- ka finns en relativt smal spalt, i vilken det viskoelastiska materialet 13 genom kapillärverkan kan sugas upp för att däri- genom ge en större vidhäftningsyta till motkroppen. -1 10 15 20 25 30 35 8103748-3 För uppnående av tillfredsställande dämpresultat anordnas med fördel ett flertal företrädesvis parallella motkroppar l4, såsom visas i fig. 9. Flera motkroppar 14 kan också ordnas i rad efter varandra, varvid för optimering av dämpresultatet mellanrummen i längdled kan vara förskjutna enligt fig. 10.Figs. 5, 6, 7 and 8 show examples of other cross-sections of the counterbody, a rectangular cross-section 15, a T-shaped cross-section 16, a U-shaped cross-section 17 and a cross-section 18 with a cylindrical part 19 and two legs 20, 21, between which there is a relatively narrow gap, in which the viscoelastic material 13 can be sucked up by capillary action, thereby giving a larger adhesive surface to the counterbody. In order to achieve satisfactory damping results, a plurality of preferably parallel counter-bodies 14 are advantageously arranged, as shown in Fig. 9. Several counter-bodies 14 can also be arranged in a row one after the other, for the optimization of the damping result the gaps longitudinally may be offset according to Fig. 10.

För dämpning av longitudinalvågor i konstruktionen ll är den optimala längden av varje motkropp 14 en multipel av en fjär- dedel av longitudinalvåglängden i motkroppens material.For attenuation of longitudinal waves in the structure 11, the optimum length of each counterbody 14 is a multiple of a quarter of the longitudinal wavelength in the material of the counterbody.

Vid utövande av uppfinningen kan det viskoelastiska skiktet 13 anbringas på ytan till en konstruktion, som skall dämpas, och motkroppen eller motkropparna 14 läggas i det icke härda- de viskoelastiska materialet, eller kan det viskoelastiska skiktet spridas ut på ett plastark eller annat underlag, till vilket det inte vidhäftar, och motkroppen eller motkropparna läggas i det icke härdade viskoelastiska materialet, vilket, efter härdning, kan avlägsnas från underlaget tillsammans med motkroppen eller motkropparna (fig. 93, och därefter, exempelvis genom limning, anbringas på ytan av en konstruktion, som skall dämpas.In the practice of the invention, the viscoelastic layer 13 may be applied to the surface of a structure to be cushioned and the counter-body or bodies 14 laid in the uncured viscoelastic material, or the viscoelastic layer may be spread on a plastic sheet or other substrate, to which it does not adhere, and the abutment or abutments are placed in the uncured viscoelastic material, which, after curing, can be removed from the substrate together with the abutment or abutments (Fig. 93, and then, for example by gluing, applied to the surface of a structure, to be dampened.

Motkroppen behöver ej såsom visas på ritningärna vara i kon- takt med det viskoelastiska skiktet längs hela sin utsträck- ning, utan kan vara häftad vid detta endast på spridda ställen, eller kan det viskoelastiska skiktet uppvisa avbrott, så att motkroppen på dessa ställen är fri.The counterbody does not have to be in contact with the viscoelastic layer along its entire extent as shown in the drawings, but can be adhered to it only in scattered places, or the viscoelastic layer can have breaks, so that the counterbody in these places is free .

Motkroppen behöver ej heller ha konstant tvärsnitt, utan kan med mellanrum uppvisa partier med t.ex. midjor av större el- ler mindre utsträckning.The opposing body also does not need to have a constant cross-section, but can occasionally have portions with e.g. waists of greater or lesser extent.

Vid praktiska försök under utnyttjande av uppfinningen har utmärkta dämpresultat erhållits. Härvid har som exempel an- vänts motkroppar med cirkulärt tvärsnitt av 2-8 mm diameter, viskoelastiska skikt med tjocklekar mellan l och 3 mm samt 81037148-3 nedsjunkningsdjup förnmtkroppen i det viskoelastiska skiktet mellan l och 3 mm.In practical experiments using the invention, excellent damping results have been obtained. For example, counter-bodies with a circular cross-section of 2-8 mm diameter, viscoelastic layers with thicknesses between 1 and 3 mm and immersion depths have been used in the viscoelastic layer between 1 and 3 mm.

Inom vissa gränser kan motkroppens tvärsnittsdimension, det 5 viskoelastiska skiktets tjocklek (skjuvmodul) och motkroppens nedsjunkning i skiktet beräknas för optimal dämpverkan vid känd störfrekvens och temperatur. fxWithin certain limits, the cross-sectional dimension of the counter-body, the thickness of the viscoelastic layer (shear modulus) and the immersion of the counter-body in the layer can be calculated for optimal damping effect at known disturbance frequency and temperature. e.g.

Claims

81037148-3 PATENT CLAIMS

Device for vibration damping of a structure using an adhesive viscoelastic material (13) and at least one counter-body (14), the counter-body (14) being arranged in the viscoelastic material (13) so that it is subjected to energy-absorbing, longitudinal shear deformation between the abutment body (14) and a vibrating structure (II), when the viscoelastic material adheres to one such, characterized in that the abutment body is generally thread-like or rod-shaped and is embedded in the viscoelastic material (13) so that it - in addition to longitudinal shear deformation - produces the possibility of performing a rotational or tilting movement relative to a structure, whereby further energy-absorbing deformation of the viscoelastic material (13) takes place around portions of the counterbody embedded therein, when the viscoelastic material adheres to a vibrating construction.

Device according to claim 1, characterized in that the counterbody (14) also has the possibility of performing horizontal and vertical movements relative to a horizontal structural surface, whereby lateral shear deformation resp. compression deformation of the viscoelastic layer (13).

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cross-sectional mass center (M) of the counterbody (14) is located in a plane outside the surface plane of the viscoelastic material (13).

Device according to one of the preceding claims, with several counter-bodies, characterized in that the counter-bodies (14) are substantially parallel.