Гаситель згинальних коливань

Гаситель згинальних коливань, що має зв'язані між собою основну, що згинається, та додаткову пружно-демпфуючу конструкції, який відрізняється тим, що додаткова пружно-демпфуюча конструкція своїми контактними поверхнями знаходиться у зв'язку з основною конструкцією з можливістю їх відносних зміщень та обтиснення при коливаннях, причому поверхні контакту обладнані знімними фрикційними елементами. (19) (21) u200812538 (22) 27.10.2008 (24) 10.04.2009 (46) 10.04.2009, Бюл.№ 7, 2009 р. (72) КУЛЯБКО ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ, UA, МУЩАНОВ ВОЛОДИМИР ПИЛИПОВИЧ, UA, МАСЛОВСЬКИЙ АНТОН ВІКТОРОВИЧ, UA, МІХЄЄВ АНАТОЛІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, UA, ДЕНИСОВ ЄВГЕНІЙ ВАЛЕРІЙОВИЧ, UA (73) ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ, UA, ДОНБАСЬ 3 Недолік такого рішення - віддаленість демпфуючого пристрою від основної конструкції, що згинається. В мостових конструкціях відомі пропозиції з гасіння згинальних коливань прогонної будівлі за допомогою різноманітних додаткових демпфуючих пристроїв, що встановлюються між опорними частинами та конструкцією, що згинається, за допомогою встановлення ДГК в середньому перерізі прогону и т.д. [5]. Недоліком цих моделей є висока складність при їх виготовленні, розміщенні, встановленню, налаштуванні та експлуатації. Найбільш близьким до пропонуємого (прототипом) є пристрій для гасіння коливань довговимірних прогонних конструкцій моста [6]. Цей пристрій має основні конструкції, що згинаються, та додаткові пружно-демпфуючі конструкції в вигляді мас та демпферів на вертикальних консолях, що жорстко зв'язані з опорними частинами основних конструкцій. Недоліками такої моделі є необхідність улаштування додаткових мас і демпферів на вертикальних опорах, потреба в постійному нагляді пристроїв в вигляді гідравлічних амортизаторів, некомпактність розміщення. В основу корисної моделі поставлена задача забезпечення зниження рівня згинальних коливань довговимірних елементів конструкцій при одночасному зменшенні маси гасителя, та спрощенні його конструкції настільки, що вона не потребує постійного нагляду, для чого до основної конструкції всередині чи зовні встановлюється додаткова пружно-демпфуюча конструкція гасителя. В результаті спільної роботи основної і додаткової конструкцій, величина амплітуд вимушених згинальних коливань, наприклад при вітровому резонансі, знижується (як і ризик руйнування конструкції від втоми). Поставлена задача вирішується тим, що гаситель згинальних коливань має зв'язані між собою основну, що згинається, та додаткову пружнодемпфуючу конструкцію, в якому відповідно до корисної моделі додаткова пружно-демпфуюча конструкція своїми контактними поверхнями знаходиться у зв'язку з основною конструкцією з можливістю їх відносних зміщень та обтиснення при коливаннях, причому поверхні контакту обладнані знімними фрикційними елементами. Суть корисної моделі пояснюється графічними матеріалами, на яких зображені: Фіг.1 - приклад використання корисної моделі для гасіння згинальних коливань початкове прямолінійної труби, де 1 - основна конструкція, 2 поверхні контакту між основною та додатковою пружно-демпфуючою конструкцією, 3 - додаткова пружно-демпфуюча конструкція, 4 - еластомірні прокладки-демпфери, Фіг.2 - розрізи за 1-1 і 2-2, Фіг.3 - приклади варіантів забезпечення спільної роботи (з можливістю проковзування при обтисненні) додаткових пружно-демпфуючих та основних елементів (хомути, решітка), Фіг.4 - приклади варіантів компоновки додаткових пружно-демпфуючих та основних елементів 40434 4 при гасінні вертикальних та просторових (див. 4, б) коливань (еластомірні прокладки-демпфери умовно не показані), Фіг.5а - графік залежності пружної характеристики Fпp від згинальних переміщень у при спільній роботі основної та додаткової пружно-демпфуючої конструкцій, Фіг.5б - графік внутрішнього тертя в основній конструкції, Фіг.5в - графік внутрішнього тертя в додатковій пружно-демпфуючій конструкції, Фіг.5, г - графік внутрішнього тертя в основній та додатковій пружно-демпфуючій конструкціях, Фіг.5д - графік конструкційного тертя на поверхнях контакту між основною та додатковою пружно-демпфуючою конструкціями, що працюють на згин, Фіг.5е - сумарна характеристика всіх сил непружного опору Fнeпp основної та додаткової пружно-демпфуючої конструкцій, при їх динамічній взаємодії, Фіг.5ж - сумарна характеристика всіх сил пружного Fпp і непружного Fнeпp опору основної і додаткової пружно-демпфуючої конструкцій, при їх динамічній взаємодії (силова нелінійна характеристика основної конструкції з гасителем згинальних коливань), Фіг.6 і 7 - віброграми власних коливань конструкції без гасителя та з установленим на ній гасителем згинальних коливань, Фіг.8 і 9 - віброграми вимушених коливань конструкції без гасителя та з установленим на ній гасителем згинальних коливань, Гаситель згинальних коливань має основну конструкцію (1), яка знаходиться у зв'язку через контактні поверхні (2) з додатковою пружнодемпфуючою конструкцією (3). Додаткова пружнодемпфуюча конструкція може зміщуватись відносно основної конструкції при коливаннях останньої. При цьому із-за обтиснення цих конструкцій на контактних поверхнях виникають сили сухого тертя, величина яких росте з ростом згинальних деформацій. Причому, поверхні контакту обладнані знімними фрикційними елементами (4). Додаткова пружно-демпфуюча конструкція може встановлюватися і/або всередині основної конструкції чи її елемента (наприклад, трубопроводу) і/або зовні (при забезпеченні необхідних контактних зон на гасителі та основній конструкції), при цьому вид її перетину жорстко не регламентується. Зони контакту корисної моделі та основної конструкції створюються в залежності від ситуації (призначення, рівня і виду напружень на контактах, необхідної довговічності та параметрів стійкості до зношування матеріалів пар тертя, можливості заміни контактних поверхонь та ін.), без додаткової обробки чи зі спеціальною підготовкою та конструюванням контактних вузлів. Гаситель згинальних коливань працює наступним чином. При згинальних коливаннях основної довговимірної конструкції (1), додатково приєднана пружно-демпфуюча конструкція (3) через контактні поверхні (2) включається в роботу і дещо зміщується 5 40434 відносно основної конструкції (в повздовжньому напрямі). В зонах контакту енергія коливань всієї системи поглинається за рахунок сил сухого тертя в знімних фрикційних елементах (4). Теоретично роботу гасителя згинальних коливань з основною конструкцією можна описати роботою наступної моделі, що подібна до Фіг.1. Система диференційних рівнянь підходить також, наприклад, і до Фіг.1, 2, 5. Перше рівняння відповідає малим амплітудам згинальних коливань основної конструкції, при яких зазор між нею і гасителем ще не вибраний (y < D), де D - зазор між основною конструкцією та гасителем в недеформованому стані, у - зазор між основною конструкцією та гасителем в деформованому стані: && & m y + (r1y + b1y ) = mg + P(t ), де r1, b 1 - відповідно жорсткість та внутрішнє тертя основної конструкції. Коли у ³ D - гаситель згинальних коливань включається в спільну роботу з основною конструкцією. Тоді друге рівняння системи буде мати вигляд: æ æ ö y-D & & & ö × sin g( y ) ÷ ÷ = mg + P( t ), ÷÷ m && + (r1y + b1y ) + ç r2 ç y - D) + b2 y + H y ç ç D è øø è де r2, b 2 - відповідно жорсткість та внутрішнє тертя додаткової конструкції; H y-D - позиційне сухе тертя між накладками D з фрикційними елементами; D - зазор між основною та додатковою конструкцією; Залежність сумарного згинального зусилля від згинальних переміщень показана на графіку (Фіг.5ж), який отриманий складанням графіків пружних характеристик (Фіг.5а), внутрішнього тертя в основній (Фіг.5б) та додатковій пружно 6 демпфуючій (Фіг.5в) конструкціях, та графіка сухого тертя на контактних поверхнях між конструкціями (Фіг.5д). Для того, щоб показати ефективність корисної моделі, на фігурах 6 і 7 наведені віброграми власних, а на фігурах 8 і 9 - вимушених коливань основної конструкції без гасителя та с гасителем. Порівнюючи ці два процеси, видно, що наявність гасителя значно знижує рівень згинальних коливань конструкції та збільшує її логарифмічний декремент коливань. Джерела інформації: 1. Поляков B.C., Килимник Л.Ш., Черкашин А.В. Современные методы сейсмозащиты зданий М.: Стройиздат, 1989. - 320с. - аналог 2. Карамышкин В. В. Динамическое гашение колебаний / Под ред. К.М.Рагульскиса. Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. - 108с.: ил. (Б-ка инженера. Вибрационная техника; Вып. 12) аналог 3. Коренев Б.Г., Резников Л.М. Динамические гасители колебаний: Теория и технические приложения. - М.:Наука. Гл. ред. физ. мат., 1988. -304 с аналог 4. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний: Учебник для вузов. - М.: Высш. школа, 1980. - 408 с., ил. - аналог 5. Бондарь Н.Г., Закора А.Л., Казакевич М.И. Гашение колебаний пролетных строений мостов. Надежность и долговечность машин и сооружений, 1984, вып.6, с. 103-109-аналог 6. Пат 68730А Україна, МКІ У01В22/00. Пристрій для гасіння коливаннь прогонових будов моста / Закора О.Л., Марочка В.В. -№2003109257; Заявлено 14.10.2003; Опубліковано 16.08.2004, Бюл №8 – прототип. 7 40434 8 9 Комп’ютерна верстка Н. Лисенко 40434 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601