Пристрій для демпфування вібрації у ґрунтах

Реферат: Пристрій для демпфування вібрації у ґрунтах, виготовлений у вигляді пустотілого бар'єра, в середині якого розміщений ряд регульованих динамічних гасників коливань, кожен з яких містить вібропоглинаючий інерційний елемент, виготовлений у вигляді пружної балки з приєднаною до неї додатковою інерційною масою. Балка шарнірно закріплена до амортизованого об'єкта та має шарувату структуру. Додаткова інерційна маса може пересуватися вздовж балки і фіксуватися в певних положеннях. UA 70298 U (12) UA 70298 U UA 70298 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до будівництва, зокрема до пристроїв, що забезпечують надійну експлуатацію об'єктів, які знаходяться поруч з джерелами значних поверхневих та просторових вібрацій (залізничні колії, автомобільні траси, аеропорти) і призначені для гасіння механічних коливань. Корисна модель може бути використана для зменшення вібраційного навантаження на ґрунти та прилягаючі будівлі від міжміського залізничного транспорту, від великовантажного автомобільного транспорту, від міського електро- та автотранспорту, а також в аеропортах для зменшення віброударної хвилі, яка виникає на злітній смузі під час зльоту та посадки літака і передається через ґрунт на прилеглі будівельні споруди та об'єкти. Корисна модель може бути застосована для зменшення ударних навантажень на навколишні будівлі під час забивання залізобетонних паль в умовах щільної міської забудови. Доцільним є використання таких пристроїв для параметричного віброзахисту будівель у сейсмоактивних зонах. Відомі різноманітні способи зменшення підземного вібраційного навантаження ґрунтів, насамперед - це амортизація у самому джерелі вібрації (наприклад еластичні амортизуючі прокладки під рейками, вібро-, шумопоглинаючі покриття доріг). Але часто ці заходи не забезпечують ефективних результатів. Раціональним вирішенням цієї проблеми є застосування підземних бар'єрів. Відомі багаточисельні конструкції підземних бар'єрів. В основному вони являють собою масивні заглиблені у ґрунтах тіла. Практикується застосування таких бар'єрів, виконаних із шаруватих матеріалів (патент US 5173012А). Відомі конструкції бар'єрів складної геометричної форми (патент US 2006/0115334 А1). Найближчим аналогом, який найбільш близький за сукупністю ознак, технічною суттю і отриманим результатом, є патент US 5173012A, E02D 3/00, 1992-12-22, Herman Ortwein. Це багатошарова заглиблена у ґрунт конструкція. У відомому віброзахисному бар'єрі не передбачена можливість регулювання демпфувальних властивостей. Також він достатньо матеріалозатратний. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечення плавного регулювання частотних і демпфувальних характеристик бар'єра та реалізації ефективного вібропоглинання у широкому частотному діапазоні з одночасним зменшенням матеріалоємності бар'єра. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для демпфування вібрації у ґрунтах виготовлений у вигляді пустотілого бар'єра, в середині якого розміщений ряд регульованих динамічних гасників коливань, кожен з яких містить вібропоглинаючий інерційний елемент, виготовлений у вигляді пружної балки з приєднаною до неї додатковою інерційною масою, при цьому балка шарнірно закріплена до амортизованого об'єкта та має шарувату структуру, а додаткова інерційна маса може пересуватися вздовж балки і фіксуватися в певних положеннях, що дозволяє, з урахуванням можливості зміни форми, геометричних параметрів і механічних властивостей шарів балки, здійснювати прецизійне налаштування регульованого динамічного гасника коливань на задану робочу частоту з одночасним забезпеченням його оптимальних демпфувальних властивостей і зменшеної матеріалоємності бар'єра. На Фіг. 1 схематично зображено вібро-, шумозахисний пристрій, виконаний у вигляді заглибленого у ґрунт пустотілого коробчастого бар'єра 1. На Фіг. 2 показана схема конструкції бар'єра 1 з розміщеними у ньому регульованими динамічними гасниками коливань (РДГК). На Фіг. 3 схематично зображений РДГК, який закріплений до амортизованого об'єкта 1 і містить шарувату шарнірно закріплену балку 2 та додаткову інерційну масу 3, яку можна переміщати вздовж балки 2 і фіксувати в певних положеннях з метою регулювання демпфувальних властивостей РДГК. На Фіг. 4 показана розрахункова схема РДГК. На Фіг. 5 викреслені графіки лінійних пришвидшень балки для трьох різних положень додаткової інерційної маси mа. Пристрій працює наступним чином. Коливання пустотілого корпуса 1 (див. Фіг. 3) викликають переміщення балки 2, які передаються на додаткову інерційну масу 3, що спричинює її коливання. Налаштування робочої частоти РДГК на резонансну частоту коливань амортизованого об'єкта 1 (див. Фіг. 3) здійснюється шляхом пересування додаткової інерційної маси 3 вздовж балки 2. Цей метод налаштування дозволяє забезпечити плавне регулювання демпфувальних властивостей РДГК. Прецизійне налаштування демпфувальних властивостей РДГК можливе також за рахунок підбору механічних властивостей та геометричних параметрів окремих шарів балки 2. У такий спосіб розроблений пристрій забезпечує ефективне регульоване за робочою частотою динамічне гасіння (демпфування) коливань ґрунту. Розглянемо розрахункову схему РДГК (див. Фіг. 4). У частотній області рівняння, що описують цю коливну систему, будуть мати наступний вигляд 1 UA 70298 U   L         2  M  ma w0   M  ama w1   m02  sin ma w2   (k1  k 2 ) w0  Lk2 w1  k 2 wz    2   L        L  L        2   2   M  ama w0   3 M  a 2 ma w1   m12   sin ma w2   Lk2 w0  L k 2 w1  Lk2 wz   2 3 L            2       m  sin   m w   m  a sin   m w   m   sin    m  w   k w  0      02   a  0  12   a 1  a 2 22      L     22 2    L    L         2 w ,w ,w 5 0 1 2 - відповідно, амплітуди поступальної, крутильної та деформативної моди де коливань балки; М - маса балки; mа - додаткова інерційна маса РДГК; L,  - геометричні параметри (див. Фіг. 4); L m02   w1 ( x)dx 0 , L m12   xw1 ( x)dx 0 10 , L m22    w1 ( x)  dx 2 0 , 2  d w1  k 22   EI   dx 2  dx    0 L 15 2 інерційні та жорсткісні параметри балки. З наведеної вище формули видно, що за рахунок зміни маси РДГК можна змінювати як резонансні частоти широкого спектру коливань, так і, зокрема, резонансну частоту основної w 20 1 , що дозволяє варіювати частотний спектр вібропоглинання. Оскільки закріплення моди балки 2 в опорах шарнірне з малим демпфуванням, то інтенсивність демпфування та частотні характеристики можна регулювати як за рахунок зміни величини додаткової інерційної маси З РДГК, так і за рахунок її переміщення вздовж балки 2 (див. Фіг. 3, 4). Додатково інтенсивність демпфування можна регулювати шляхом підбору механічних властивостей шарів балки 2, а також зміни їх форми та геометричних параметрів. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 Пристрій для демпфування вібрації у ґрунтах, виготовлений у вигляді пустотілого бар'єра, в середині якого розміщений ряд регульованих динамічних гасників коливань, кожен з яких містить вібропоглинаючий інерційний елемент, виготовлений у вигляді пружної балки з приєднаною до неї додатковою інерційною масою, який відрізняється тим, що балка шарнірно закріплена до амортизованого об'єкта та має шарувату структуру, а додаткова інерційна маса може пересуватися вздовж балки і фіксуватися в певних положеннях, що дозволяє, з урахуванням можливості зміни форми, геометричних параметрів і механічних властивостей шарів балки, здійснювати прецизійне налаштування регульованого динамічного гасника коливань на задану робочу частоту з одночасним забезпеченням його оптимальних демпфувальних властивостей і зменшеної матеріалоємності бар'єра. 2 UA 70298 U 3 UA 70298 U Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4