Jaka hidrodinamička preopterećenja, jednostavnije rečeno - udari valova o dno, postali su jedan od glavnih problema moderne brodogradnje, koji koče rast brzina. Tvorci brzih gliserskih čamaca borili su se protiv pretjeranih preopterećenja uglavnom u dva smjera: tražili su konture trupa koje bi ublažile silu udara smanjujući površinu dna koja dodiruje vodu i dajući mu klinasti presjek. , ili su nastojali podići trup iznad grebena valova, otkinuti dno od površine vode. Kao rezultat razvoja prvog smjera pojavile su se konture tipa “duboki V”, katamarani, saonice Fox, “Sea Knife” i dr. U drugom smjeru razvili su se mali hidrogliseri i lebdjelice, ekranoplani.
Ali oba ova smjera u dizajnu brodova za planiranje povezana su sa značajnim troškovima energije. Kako bi se postigla velika brzina, i čamac dubokog V i hidrogliser ili lebdjelica zahtijevaju dodatnu snagu motora u usporedbi s tradicionalnim tipovima čamaca s niskim dnom.
U međuvremenu, još uvijek postoji način da se smanji sila hidrodinamičkih udara u dno, što ne zahtijeva povećanje snage motora ili jačanje strukture trupa. Njegova bit leži u korištenju amortizacije, prigušivanju udarnih opterećenja uz pomoć elastičnih strukturnih elemenata uvedenih u tijelo. Pri prigušenju sila udara smanjuje se zbog produljenja vremena djelovanja povećanog hidrodinamičkog tlaka na dno. Veličina preopterećenja, mjerena brojem g - akceleracija slobodnog pada tijela - gotovo je izravno proporcionalna vremenu djelovanja pritiska na čamac. Dakle: elastični strukturni elementi omogućuju smanjenje preopterećenja na trupu glisirajućeg čamca tijekom plovidbe u nemirnoj vodi za gotovo 2 puta u usporedbi s trupom s tradicionalnom "krutom" strukturom.
Autori su proveli niz projektnih studija prigušnih elemenata koji se mogu uspješno koristiti za trupove rekreacijskih, turističkih i sportskih plovila. U nekim slučajevima omogućuju izradu lakšeg i jeftinijeg tijela, čija će proizvodnja zahtijevati manje materijala i intenziteta rada od serijskih dizajna.
Jedna od mogućih opcija za tijelo "elastičnog" dizajna, koju su predložili autori, prikazana je na slici. 1 (vidi potvrdu o autorskom pravu br. 1070048, objavljenu u “Biltenu izuma” br. 4 1984.). Prigušenje se postiže ugradnjom šupljih kockastih elemenata u sponzone između dva sloja elastičnih traka. Zahvaljujući elastičnom dizajnu, donji dio sponsona prati profil valova, što smanjuje prskanje i čini kotrljanje glatkijim.
Pramčani kraj plovila je uski središnji trup 1, koji se pretvara u monoskiju 2 i ima bočne sponzore 3, koji glatko prelaze u trup s oštrim obrazima u stražnjem dijelu. Sponzoni su u središnjem dijelu ispunjeni kubičnim vodonepropusnim elementima 5, koji su u gornjem i donjem dijelu povezani elastičnim trakama 6 (moguće su gumene trake ojačane čeličnim užetom). Elementi kocke mogu se kretati u bočnim vodilicama 7 sponzora u vertikalnom smjeru. Na vrhu su kubični elementi opterećeni oprugom s amortizerima 8. Krajevi donjih fleksibilnih traka 6 kruto su pričvršćeni na sponsonsku liniju, dok krajevi gornjih ostaju slobodni.
Kod slabih valova udarci će biti mali; valovi, djelujući na elastičnu traku 6, prenijet će udarnu energiju kroz elemente 5 na opružne amortizere 8.
U slučaju većeg mora, istovremeno s elastičnim sponsonima, aktivirat će se i središnji trup 1, koji ima konture dna s povećanim mrtvim udarom u nosu. Elastične sponzone apsorbiraju energiju udarca u početnom trenutku i sprječavaju značajno poniranje središnjeg trupa u val, čime se smanjuje ukupni otpor plovila. Elastične trake prate profil vala; opružni amortizeri apsorbiraju energiju vibracija elemenata. Ovo, u kombinaciji s uskim središnjim trupom koji se pretvara u monoskiju, omogućit će plovilu da upravlja velikom brzinom na otvorenom moru. Smanjenjem udarnih opterećenja može se smanjiti veličina čvrstih spojeva trupa. Čak i ako to ne dovodi do uštede težine, kompenzira težinu fleksibilnih struktura.
Ovo tehničko rješenje posebno je pogodno za glisiranje trimarana i katamarana. Istina, dobro poznati nedostatak je teško iskorištenje volumena šupljih prigušnih elemenata, koji zauzimaju dio ukupnog korisnog volumena tijela.
U drugoj izvedbi, elastični element je izrađen u obliku uzdužnih nabora u bočnom metalnom kućištu (V.S. br. 1088982, objavljeno u biltenu br. 16, 1984.). Valoviti umetak proteže se cijelom dužinom boka, počevši od pramčane četvrtine;
Donja obloga je ojačana uzdužnim učvršćivačima, čiji su oslonci floras 3, koji su pričvršćeni na donju ploču bočne obloge 4 ispod valovitog umetka 5. Iznad umetka, bočna obloga je ojačana vezom 7 i pop gornji okviri 8.
Hidrodinamički udari, koje percipiraju donje ploče, prenose se na podove i, sukladno tome, na bočnu oplatu. Većina energije udarca apsorbira se tijekom deformacije bočnih umetaka 5 i elastičnog punila 6. Zahvaljujući "podatnosti" donje ploče, opterećenja koja doživljava su manja nego kod krute strukture, a brod može razviti veća brzina na nemirnom moru bez opasnosti od oštećenja trupa.
Ova opcija najviše obećava za male motorne glisere i glisere. Njegovu implementaciju ne ometaju nikakve tehničke poteškoće - dovoljno je utisnuti uzdužne nabore s određenom krutošću u bočnu kožu. Opisani izum korišten je, primjerice, u razvoju modernizirane verzije motornog čamca Neman-Sport (), čiji su preliminarni testovi prototipa pokazali zamjetno poboljšanje radnih karakteristika (prije svega udobnosti pri plovidbi po nemirnom moru) u usporedbi s osnovni model.
Za motorne čamce i čamce također se može preporučiti ugradnja fleksibilnih uzdužnih ukruta (V.S. br. 1100000, "Bilten" br. 19.) Kao što su eksperimentalne studije pokazale, smanjenjem krutosti uzdužnih rebara, hidrodinamički pritisak na dno tijekom ravnog sudara smanjen je za 50-60 % u usporedbi s tradicionalnim uzdužnim dizajnom. To vam omogućuje smanjenje veličine čvrstih spojeva donjeg poda i, iskreno, debljine vanjske obloge za 30%.
Savitljiva uzdužna rebra izrađena su u obliku štancanja od tankog aluminijskog lima profila u obliku slova C koji su međusobno povezani elementima za amortizaciju (slika 3, a). Razvoj takvog dizajna je korištenje amortizerskih elemenata u obliku slova C u kombinaciji s valovitom donjom oblogom (V.S. br. 1106724, "Bilten" br. 29, 1984.). Ovdje se hidrodinamička opterećenja, koja percipiraju valovitu donju kožu, prenose na amortizere u obliku slova C, koji su oslonci za valove na poprečnim podovima 6 (slika 3, b). Zauzvrat, flore imaju oslonce na uzicama 6 i kobilici 7.
Zbog elastičnosti ploča u obliku slova C 4 i između njih ugrađenih elastičnih brtvi 5, u trenutku hidrodinamičkog udara na val dolazi do elastične deformacije donje oplate. Brtve 4 mogu biti izrađene od sintetičke gume i ojačane čeličnim užetom. Zbog elastične deformacije donje oplate, veličina naprezanja koja djeluju u oplati i skup naprezanja smanjeni su za polovicu.
Gore su prikazana samo opća tehnička rješenja problema povećanja pouzdanosti i smanjenja težine trupova motornih glisera i glisera. Predstoji još mukotrpan eksperimentalni rad, čiji će rezultati omogućiti stvaranje pouzdane metode odabira veličine spojeva u tijelu, uzimajući u obzir usklađenost elastičnih elemenata.
Predavanje 1. Dinamičke karakteristike konstrukcijskih elemenata,
svedivi na sustave s jednim stupnjem slobode
Sažetak predavanja
Prigušenje i njegove karakteristike.
Eksperimentalne metode za određivanje karakteristika prigušenja.
Čimbenici koji utječu na svojstva prigušenja materijala.
Prisilne oscilacije jednomasenog sustava.
Ponašanje sustava u privatnom području, frekvencijski odziv i fazni odziv.
1. Prigušenje i njegove karakteristike
Proučavanje strukturne dinamike od velike je važnosti za razumijevanje i procjenu radnih karakteristika bilo kojeg proizvoda. Dobra dinamička izvedba osnova je za kontinuirani i zadovoljavajući rad. Analiza dinamičkih svojstava konstrukcije neophodna je za procjenu njezinih radnih karakteristika i zamora materijala. Najvažnija karakteristika sustava je prigušenje. U uvjetima rezonancije, ponašanje sustava i faktor kvalitete određeni su samo njegovim svojstvima prigušenja. U rezonanciji se sustav ponaša kao "čista" prigušnica. Prigušenje je svaki učinak koji rasipa energiju sustava.
Oscilacije realnog sustava uzrokovane jednim poremećajem postupno blijede. Uzrok slabljenja, osim plinodinamičkog otpora, su i sile neelastičnoga otpora uzrokovane unutarnjim trenjem u materijalu oscilirajuće konstrukcije, trenjem u kinematičkim parovima i osloncima te trenjem s vanjskom okolinom. Te sile uzrokuju disipaciju (raspršivanje) mehaničke energije. Sposobnost sustava da apsorbira energiju cikličke deformacije naziva se sposobnost prigušenja.
Sposobnost prigušenja određuje prigušenje slobodnih vibracija i ograničenje amplitude rezonantnih vibracija sustava i njegovih elemenata, što je jedan od glavnih čimbenika dinamičke čvrstoće vibracijskih elemenata i stabilnog rada mikrosustavnih uređaja i mikrouređaja.
Sile neelastičnog otpora povezane su s brzinama v točaka sustava, a za njihovo opisivanje koriste zakon potencije
Gdje k 1 ,n- iskusni stalni posjetitelji.
Na n= 1 izraz (1) opisuje linearni otpor.
Zbog unutarnjeg trenja tijekom cikličke deformacije materijala uočava se odstupanje od Hookeovog zakona, tj. odnos između naprezanja i deformacije nije opisan linearnim odnosom, već dvjema krivuljama koje tvore petlju histereze. To se također odnosi na vezu između opterećenja P na sustav i odgovarajuće kretanje x (Sl. 1).
Sl. 1 . Petlja histereze
Mjera disipacije energije tijekom oscilacija po ciklusu je područje petlje histereze W, koja je određena samo amplitudom pomaka i opisana ovisnošću
Gdje - amplituda kretanja; k 2 ,n- konstantan, ovisno o materijalu i vrsti konstrukcije.
Tijekom uzdužnih i savojnih vibracija, normalna naprezanja u viskoelastičnim materijalima povezana su s relativnom deformacijom jednakošću
pri torzijskim vibracijama tangencijalna naprezanja prikazuju se u obliku
Gdje , G - moduli elastičnosti i smicanja; , - linearne i kutne deformacije; b- koeficijent prigušenja.
Razmotrimo slobodne vibracije jednomasenog sustava s linearnim otporom na primjeru viskoelastičnog modela prikazanog na slici 2. Uzimajući u obzir elastične sile kx i linearni viskozni otpor, diferencijalna jednadžba gibanja mase ima oblik
Gdje m- težina; b- koeficijent prigušenja u sustavu; k - krutost ovjesa elastične mase; x- kretanje.
sl.2. Model viskoelastičnog tijela
Označimo i b/ 2m = n. Evo koeficijenta n karakterizira smanjeno prigušenje u sustavu, ne treba ga brkati s eksponentom u jednadžbama (1) i (2).
Napišimo diferencijalnu jednadžbu (4) u obliku
gdje je prirodna kružna frekvencija sustava ( ) ; - relativni koeficijent prigušenja ().
Opće rješenje jednadžbe (5), podložno nejednadžbi, može se prikazati u obliku
Gdje x - početna amplituda i fazni kut; - kružna frekvencija prigušenih oscilacija; n- smanjeno prigušenje; t- vrijeme.
Krivulja oscilacija prikazana je na slici 3, gdje je vidljiva prigušena priroda procesa s kružnom frekvencijom.
sl.3 . Krivulja prigušene oscilacije
Razmotrimo uzastopna odstupanja koja odgovaraju onim trenucima u vremenu kada:
Gdje t 1 - vrijeme koje odgovara prvom najvećem odstupanju; T- trajanje jednog oscilatornog ciklusa,
Omjer dviju uzastopnih vršnih vrijednosti amplitude ostaje konstantan cijelo vrijeme:
Stoga, za bilo koju vrijednost ja jednakost je istinita
Veličina nT = naziva se dekrement prigušenja logaritamske oscilacije i koristi se kao karakteristika svojstava prigušenja oscilatornog sustava.
Bez obzira na prirodu gubitaka energije za glavnu karakteristiku svojstva prigušenja mehaničkih sustava pri danoj amplitudi a ravnomjerne oscilacije smatraju se relativnim rasipanjem energije
gdje je ireverzibilno raspršena energija po ciklusu titranja; - amplitudna energija elastične deformacije.
Iz (6) je jasno da je relativna disipacija energije dva puta veća od logaritamskog dekrementa.
Faktor kvalitete sustava Q izražava se kao omjer maksimalne rezonantne amplitude oscilacija sustava i njegove deformacije od djelovanja statičke pogonske sile. Veličina Q–1, njegov inverz, naziva se unutarnjim trenjem.
Tijekom vibracija u viskoelastičnim materijalima opaža se fazni pomak između naprezanja i deformacija za određeni kut . Napon se može prikazati kao zbroj dviju komponenti (slika 4), gdje j- imaginarna jedinica. Komponenta se po smjeru podudara s deformacijom i povezana je s elastičnom energijom tijela. Komponenta vodi deformaciju za 90 i povezana je s gubitkom energije. Stoga se tangens faznog pomaka tg, koji se naziva i tangens gubitka, često koristi za karakterizaciju svojstava prigušenja materijala.
sl.4. Vektorski dijagram napona
Navedene karakteristike prigušenja povezane su jedna s drugom sljedećim odnosima:
Primjer. Odredite logaritamski dekrement i promjenu vlastite kružne frekvencije uslijed prigušenja, ako se tijekom jednog titrajnog ciklusa amplituda titranja elastičnog sustava prepolovi.
Pomoću formule (6) nalazimo logaritamski dekrement oscilacija
odakle određujemo smanjeno prigušenje
Iz ove jednadžbe nalazimo da je smanjeno prigušenje vrlo malo u usporedbi s prirodnom kružnom frekvencijom sustava: .
Odredimo vlastitu kružnu frekvenciju prigušenih oscilacija
koja se razlikuje za 0.6% od frekvencije neprigušenih oscilacija.
2. Eksperimentalne metode za određivanje karakteristika prigušenja
Rješavanje praktičnih problema o vibracijama zahtijeva pouzdane informacije o karakteristikama prigušenja konstrukcije, koje se mogu točno dobiti samo eksperimentalno.
Metoda slobodnih prigušenih oscilacija najčešće se koristi zbog jednostavnosti pokusa. Metoda uključuje dobivanje oscilograma slobodnih prigušenih oscilacija mehaničkog sustava. Prema brzini smanjenja amplitude A vibracije određuju relativno rasipanje energije
Gdje x ja i - dvije uzastopne amplitude na početku i kraju, redom ja- period oscilacije.
Pri konstruiranju anvelope prigušenih oscilacija x(N) (Sl. 5) vrijednost logaritamskog dekrementa strogo odgovara 0,5 x. Za bilo koju razinu prigušenja i bilo koju ovisnost o amplitudi, logaritamski dekrement se određuje formulom
gdje je broj ciklusa u području ispod tangente povučene na ovojnicu u točki s amplitudom koja se razmatra.
sl.5. Određivanje dekrementa iz anvelope prigušenih oscilacija
Metoda rezonantne krivulje temelji se na dobivanju eksperimentalne amplitudno-frekvencijske karakteristike - ovisnosti amplitude A pomak (deformacija) stacionarnih oscilacija od frekvencije harmonijske uzbude (slika 6). Svojstva prigušenja sustava ocjenjuju se širinom vrha ili doline.
sl.6. Amplitudno-frekvencijska karakteristika oscilatornog sustava
Za linearne sustave i razine rezonantnog vrha koji se koristi u praksi = 0,5 i = 0,707 (vidi sliku 6), sljedeći izrazi se koriste za dekrement logaritamske oscilacije koji odgovara frekvenciji rezonantne oscilacije sustava:
gdje je rezonantna frekvencija; je širina rezonantnog vrha na razini njegove visine.
3. Čimbenici koji utječu na svojstva prigušenja materijala
Tehnički materijali u većoj ili manjoj mjeri apsorbiraju energiju cikličke deformacije, pretvarajući je u toplinu, koja se potom odvodi. Sposobnost prigušenja konstrukcijskih materijala smatra se neovisnom karakteristikom, određenom eksperimentalno uzimajući u obzir stvarne tehnološke i pogonske čimbenike. Poznati konstrukcijski materijali prilično se značajno razlikuju u sposobnosti prigušenja (za tri reda veličine). Sljedeće su približne maksimalne vrijednosti dekrementa logaritamske vibracije za različite materijale pri amplitudi naprezanja jednakoj jednoj desetini granice razvlačenja danog materijala, na sobnoj temperaturi:
Metalni materijali
Magnezijeve legure 0,13…0,3
Legure mangana i bakra 0,10…0,25
Legure nikal-titan 0,10…0,15
Legure kobalta i nikla 0,06…0,12
Legure bakra i aluminija 0,04…0,1
Kromirani čelik 0,01…0,04
Ugljični čelik 0,002…0,01
Aluminijske legure 0,001…0,01
Mjed i bronca 0,001…0,003
Legure titana 0,005…0,0015
Nemetalni materijali
Punjena guma 0,1…0,5
Najlon 0,25…0,45
Fluoroplastika 0,17…0,45
Polipropilen 0,36…0,40
Polietilen 0,26…0,39
Pleksiglas 0,14…0,28
Pjenasta plastika 0,06…0,24
Epoksidne smole 0,06…0,18
Tekstolit 0,04…0,12
Stakloplastika 0,02…0,10
Rezultati istraživanja pokazuju da prigušna svojstva materijala ovise o mnogim čimbenicima: kemijskom sastavu i strukturi materijala; amplitude cikličke deformacije (naprezanja) i nehomogenosti stanja naprezanja; temperatura i toplinska obrada; statička napetost i vanjsko magnetsko polje; preliminarna plastična deformacija itd.
Opći obrazac za većinu materijala je povećanje svojstava prigušenja s povećanjem temperature, amplitude cikličkih naprezanja i veličine zone visokog naprezanja.
4. Prisilne oscilacije jednomasenog sustava
Konstruirat ćemo matematički model jednomasenog sustava pod kinematičkom pobudom koristeći drugi Newtonov zakon. Prisilne oscilacije mase opisuju se jednadžbom gibanja dobivenom zbrajanjem sila tromosti, prigušenja, elastičnosti i pobude (slika 2):
Gdje x- kretanje mase u odnosu na podlogu; - kretanje baze.
Nakon transformacije jednadžba gibanja ima oblik
gdje je smanjeno prigušenje, ; - vlastita kružna frekvencija SE, - krutost elastičnog elementa.
Pri rješavanju jednadžbe (7) ima oblik
,
gdje je amplituda prigušenih i prisilnih oscilacija; - početna faza vlastitih prigušenih oscilacija i fazni kut; - kružna frekvencija prisilnih oscilacija.
Pomaci nakon prigušenja vlastitih oscilacija inercijske mase opisani su jednadžbom
gdje je 1 koeficijent neusklađenosti frekvencija, ; - relativni koeficijent prigušenja, ; K d - dinamički koeficijent; - statički pomak inercijske mase pod utjecajem inercijske sile.
Fazni kut određuje se formulom
Posljednje dvije jednadžbe su amplitudno-frekvencijske (AFC) i fazno-frekvencijske (PFC) karakteristike sustava.
5. Ponašanje sustava u privatnom području, frekvencijski odziv i fazni odziv
Slučaj kada se frekvencija vanjskih utjecaja poklapa s frekvencijom slobodnih oscilacija (vlastita frekvencija) naziva se rezonancijom. Najnepovoljnije za rad proizvoda su rezonantne mehaničke vibracije. U rezonantnim režimima, amplituda vibracija elemenata sustava i njihova preopterećenja naglo se povećavaju, au konstrukcijskim dijelovima nastaju opasni izmjenični naponi. U nedostatku viskoznih sila otpora u slučaju rezonancije, amplituda prisilnih oscilacija, povećavajući se tijekom vremena, teži beskonačnosti. To se objašnjava činjenicom da ako se vibracije javljaju s vlastitom frekvencijom, tada su inercijske sile uravnotežene kvazielastičnim silama pri bilo kojoj amplitudi vibracije. Uznemirujući čimbenici postaju neuravnoteženi i povećavaju amplitudu oscilacija.
Grafičko rješenje jednadžbe (7) prikazano je na slici 7 u obliku frekvencijskih karakteristika. Statički pomak sustava (pri ) određen je samo krutošću elastičnog elementa k. Na niskim frekvencijama odziv, određen prvenstveno krutošću, u fazi je s vanjskom pobudom.
sl.7. Amplitudno-frekvencijska (a) i fazno-frekvencijska (b) karakteristika
Kako frekvencija raste, inherentna inercijalna sila mase ima sve veći utjecaj. Pri rezonanciji (frekvencije prisilnih i vlastitih oscilacija se podudaraju) odziv SE određen je prigušenjem, jer su komponente koje odgovaraju masi i krutosti opruge međusobno uravnotežene. Komplijansa sustava se povećava, a odziv SE zaostaje za pobudom za 90 o. Na frekvencijama većim od glavne, inherentna komponenta mase ima učinak i sustav se počinje ponašati kao čista masa. Komplijansa sustava se smanjuje i reakcija zaostaje za ekscitacijom za 180 o.
metode definicije sirove bjelančevine u...Tečaj predavanja Cheboksary 2010 Savezna agencija za obrazovanje Savezna državna obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja
DokumentI sa metode njihova analiza; ... Predavanje 2 Kvalitativni pokazatelji i karakteristike analogni elektronički uređaji. 2.1. Osnovni, temeljni definicije... koeficijent prigušivanje, ... njegov prijenos karakteristika Prijenos karakteristika ... eksperimentalni ...
Predavanja Vanjski utjecaji i odziv konstruktivnih elemenata. Modeli konačnih elemenata
Dokument... prigušivanje, temperaturni koeficijent linearnog širenja. Glavni nedostatak metoda ... karakteristike i popustljivosti deformabilnih elemenata (opruga). Nakon definicije...uspoređuju se deformacije modela eksperimentalni ili regulatorne podatke. ...
Matematika, mehanika i informatika panderinen V. republički studentski znanstveno-praktični skup V. republički studentski znanstveno-praktični skup
Dokument... -eksperimentalni istraživanje s ciljem dobivanja formula za izračun definicije osnovni geometrijski karakteristike... štrajkača uzimamo proporcionalno njegov ubrzati. Štoviše, krutost opruge i koeficijent prigušivanje u račun...
Ako su udari periodični, tada se spektar oscilacija neće proširiti, jer će se spektar uklopiti u krivulju općeg spektra. Nakon udarca uređaj i njegovi elementi počinju vibrirati na vlastitim rezonantnim frekvencijama. Ove oscilacije su prigušene. U praksi je trajanje udara ograničeno na nekoliko milisekundi, a ubrzanje može doseći 100-150g.
Svaki element, struktura ili blok elektroničke opreme ima vlastite rezonantne frekvencije, na kojima su elementi podložni jakim destruktivnim učincima. Pogoditi
τ i = T.
(otpornici, kondenzatori,...) – stotine i tisuće Hz.
Mjere i načini provedbe izolacije od vibracija u REA.
Besprijekoran rad opreme jedna je od glavnih zadaća projektanta, koju mora stalno imati na umu pri projektiranju elektroničke opreme izložene utjecaju okoline.
Korištenje elemenata i materijala koji zadovoljavaju zadane uvjete rada elektroničke opreme, poboljšanje proizvodne tehnologije i uvođenje strožih standarda kontrole omogućuju povećanje otpornosti na vibracije do određenih granica. Osim navedenih općih, za suzbijanje vibracija koriste se i sljedeće posebne mjere:
- smanjenje razine vibracija relejnih blokova, motora itd. ugrađenih u REA;
- eliminacija rezonancija, odnosno sprječavanje izjednačavanja frekvencije pobudnih sila s vlastitom frekvencijom elemenata i blokova elektroničkih uređaja;
- izolacija objekata osjetljivih na vibracije od vibracijskih smetnji pomoću elastičnih prigušnih elemenata (amortizeri).
Ove mjere spadaju u tzv. konstruktivne metode i provode se pri projektiranju objekata osjetljivih na vibracije i njihovih nosača. Konstruktivne metode za povećanje otpornosti na vibracije i vibracijske čvrstoće opreme razvijene su na temelju radnih uvjeta proizvoda. U ovom slučaju, glavna zadaća projektanta je odabrati takav raspored korištenih elemenata pri kojem će mehanička opterećenja elemenata biti najmanja. Dakle, da bi se dobila struktura otporna na vibracije, koristi se metoda za usporedbu spektra ubrzanja strukture i elemenata. Elementi koji su najosjetljiviji na vibracije nalaze se na krutim dijelovima šasije. Ako su najveća dopuštena ubrzanja elemenata manja od ubrzanja šasije, tada je potrebno povećati krutost i prigušenje šasije.
Bitna je metoda pričvršćivanja radioelemenata. U pravilu, pri ugradnji elektroničke opreme koja radi u uvjetima jakih vibracija, koriste se različite vrste mastika.
Druga metoda projektiranja za smanjenje vibracija je promjena krutosti strukture. U tom se slučaju mijenja odnos između frekvencija pobude i vlastitih vibracija elastičnog elementa. Budući da se rezonantna zona obično proteže na usko područje blizu vlastite frekvencije, dovoljno je promijeniti omjer između pobudne i vlastite frekvencije konstrukcijskog elementa za 5-10% kako bi rezonantne vibracije potpuno prestale.
Međutim, gore navedene metode konstruktivnog smanjenja razine vibracija čine strukturu skupljom, čine je težom i često smanjuju mogućnost izrade.
Za učinkovitu borbu protiv vibracija i udaraca koristi se REA izolacija vibracija. Bit vibracijske izolacije je da se između štićenog objekta i vibrirajuće površine postavljaju izolatori vibracija – amortizeri koji oslabljuju vibracijsko djelovanje na štićeni objekt. Zahtjevi za amortizere određuju se radnim uvjetima. Svaki amortizer uključuje tri glavna funkcionalna elementa: uređaj za vođenje, elastični element i prigušivač.
Apsorpcija udarca najčešći je način zaštite opreme od vibracija i udaraca. Međutim, ima niz značajki, bez kojih se ne može postići željeni učinak.
Amortizerom se obično naziva sustav elastičnih oslonaca na koje se postavlja predmet radi zaštite od vanjskih dinamičkih utjecaja. Glavno svojstvo takvih nosača (amortizera) je da se vibracije nosive konstrukcije, koje proizlaze iz vanjskih vibracija i udara, prenose na opremu preko elastičnih nosača, znatno oslabljenih. Ovo svojstvo amortizera ima svoja ograničenja povezana s ponašanjem elastične strukture.
U Rezultat ugradnje opreme na elastične amortizere je
oscilatorni sustav koji čine prigušeno tijelo i njegovi elastični oslonci. Pozitivan učinak amortizacije osiguran je pravilnim odabirom karakteristika ovog sustava, koji omogućava najbolje korištenje njegovih svojstava.
U Trenutno su poznati mnogi strukturni tipovi amortizera,
dizajniran za rad u najrazličitijim uvjetima. Nisu svi jednaki u svojim tehničkim karakteristikama i radnim mogućnostima. Neki od njih su se dobro dokazali, masovno se proizvode dugi niz godina i koriste se u raznim granama tehnike. Korištenje drugih zbog značajki dizajna uvelike je ograničeno.
Razvoj amortizera koji mogu zaštititi opremu od vibracija i udaraca, a istovremeno imaju ograničene dimenzije, prilično je složen tehnički zadatak. Projektiranje sustava prigušenja također je zadatak koji zahtijeva pažljivo razmatranje. Uspješno rješavanje svih ovih pitanja moguće je samo uz sveobuhvatno razmatranje značajki dizajna amortizera i opreme, kao i uz ispravnu procjenu prirode dinamičkih učinaka nosača.
Teorijska strana projektiranja sustava prigušenja temelji se na općim načelima teorije vibracija i teorije udara. Linearna interpretacija problema o malim vibracijama elastično poduprtog tijela postala je široko rasprostranjena. To se uglavnom objašnjava skladnošću i cjelovitošću matematičkog aparata koji se koristi za rješavanje problema.
Proračun sustava za amortizaciju utjecaja vibracijskog opterećenja.
Glavna svrha proračuna sustava za apsorpciju udara pod utjecajem vibracijskog opterećenja je određivanje vlastitih frekvencija sustava, parametara
forsirane vibracije amortizerskog bloka prema poznatim vibracijskim parametrima baze i utvrditi učinkovitost vibracijske izolacije amortizerskog sustava.
Kako bismo analitički opisali postojeće utjecaje, razmotrimo prisilne oscilacije s viskoznim prigušenjem. Viskozno prigušenje znači da je sila otpora izravno proporcionalna brzini bloka. U tom slučaju mogu se uzeti u obzir sile i kinematičke smetnje. Oprema je najčešće izložena kinematičkim poremećajima.
Broj stupnjeva slobode prigušenog objekta minimalan je broj neovisnih koordinata potrebnih za potpuno određivanje položaja svih točaka sustava u bilo kojem trenutku. Iako je za stvarne mehaničke sustave taj broj uvijek beskonačno velik, u nekim je slučajevima praktički dovoljno uzeti u obzir konačan broj značajnih stupnjeva slobode. Najčešće je jednak broju mogućih samostalnih pokreta.
U laboratorijskom radu za istraživanje se predlaže elastični sustav s jednim stupnjem slobode (slika A.2). Proučava prisilne oscilacije s viskoznim prigušenjem pod kinematičkim poremećajem.
Za proučavanje takvih sustava obično se uvode sljedeće racionalne pretpostavke i ograničenja:
- dinamički učinak na prigušeni objekt događa se samo u ravnoj liniji i duž jedne od koordinatnih osi;
- masa baze je toliko veća od mase amortiziranog predmeta da se obrnuti učinak može zanemariti;
- masa elastičnog elementa je toliko manja od mase amortiziranog predmeta da se može zanemariti;
- masa prigušenog predmeta, koeficijent krutosti i koeficijent prigušenja elastičnog elementa su konstantne veličine koje se ne mijenjaju tijekom vremena;
- elastična sila proporcionalna je deformaciji amortizera; Sila otpora amortizera proporcionalna je prvom potenciji brzine pomaka predmeta koji je apsorbiran;
Dakle, tijelo mase m može se kretati u smjeru osi Z tako da ga
položaj je potpuno određen jednom z koordinatom.
Perturbacija oscilatornog sustava prikazana na sl. P.2 može biti uzrokovano pomicanjem baze.
Diferencijalna jednadžba gibanja takvog sustava je m z ′′ + h ∑ (z ′ − ξ ′(t ) ) + k ∑ (z − ξ (t )) = 0
gdje je: h ∑ - koeficijent trenja prigušivača, k ∑ - koeficijent elastičnosti opruge,
oscilacija s prirodnom frekvencijom će se smanjivati, određena kretanjem mase objekta m
z = 1 A sin (ω t − ψ),
gdje se dinamički koeficijent (u drugim literarnim izvorima ovaj koeficijent može nazvati atenuacija ili koeficijent izolacije vibracija) određuje iz jednadžbe
Ω 2 |
||||||||||||||||||
Ω 2 |
2 ζ Ω 2 |
|||||||||||||||||
Ovdje: a je amplituda vibracijskog pomaka objekta koji apsorbira udarce; A je amplituda vibracijskog pomaka baze;
Koeficijent prigušenja amortizera; |
2 m ω o
ω o - kutna frekvencija vlastitih oscilacija.
U praksi, u većini slučajeva, nije moguće izračunati prirodne rezonantne frekvencije, budući da sve varijable uključene u izvorni izraz nisu uvijek poznate. Stoga se frekvencije ili određuju eksperimentalno ili se koriste metode približnog proračuna za najjednostavnije sustave s jednim stupnjem slobode.
Pretpostavimo (kako bismo pojednostavili izračun) da je linearni sustav s jednim stupnjem slobode u području prekomjerne rezonancije neprigušen (D=0). U ovom slučaju, jednadžba gibanja bloka za amortizaciju je značajno pojednostavljena.
Izraz koji definira dinamički koeficijent poprimit će oblik:
Ω 2 −1 |
|||||
Za izračunavanje vlastitih rezonantnih frekvencija vibracija potrebno je znati masu objekta i koeficijent elastičnosti amortizera K (ili statički otklon δ ST i
amplituda vibracijskog pomaka baze A)
f o = |
250 A |
|||||||
2π |
δ ST |
|||||||
ubrzanje slobodnog pada (g = 9810 mm/s2); |
||||||||
K - koeficijent elastičnosti amortizera (kg/mm); |
||||||||
težina tereta (kg); |
||||||||
A - amplituda pomaka vibracija stola (mm);
δST - statički otklon (mm).
Omjer ζ = h ∑ / h cr naziva se relativni koeficijent prigušenja.
Vrijednost h kp izračunati po formuli h cr = 2 k ∑ m
Najcjelovitiju sliku rada amortizacijskog sustava daje njegov frekvencijski odziv, koji je graf dinamičkog koeficijenta ovisno o omjeru frekvencije radnih oscilacija i vlastite frekvencije oscilacija sustava η = Ω / ω o.
S povećanjem frekvencije ometajućih oscilacija nakon prolaska kroz rezonanciju, amplituda prisilnih oscilacija se smanjuje (slika A.3). Osim toga, što je niži koeficijent prigušenja h, to je rezonancija jača.
Primjena prigušenja na sustav pruža prednosti izvan rezonantnog područja smanjenjem amplitude prisilnih oscilacija. U rezonantnom području donekle pogoršava performanse prigušenja, jer povećava amplitudu oscilacija u odnosu na slučaj kada je h = 0.
Frekvencijski raspon η< 2 , где 1/ γ ≥ 1, является резонансной. С ростом частоты
η .
Dakle, amortizeri svoju funkciju izolacije vibracija obavljaju samo kada je frekvencija ometajućih vibracija najmanje 2 puta veća od frekvencije vlastitih vibracija. Naravno, u području rezonancije amortizeri pogoršavaju uvjete rada tijela koje apsorbira udarce.
Stoga je glavni uvjet za izolaciju vibracija da vlastita frekvencija f o oscilirajućeg sustava bude manja od najniže frekvencije spektra utjecaja.
Amortizeri i njihove karakteristike.
1. Opći zahtjevi za konstrukciju amortizera.
Teški dinamički i klimatski radni uvjeti elektroničke opreme s amortizacijom, u kombinaciji sa strogim zahtjevima za pouzdanost njenog rada, nameću ozbiljna ograničenja na izbor amortizera.
Karakteristike amortizera, njihov dizajn i materijali od kojih su dijelovi izrađeni - sve to mora zadovoljiti osnovni zahtjev osiguranja pouzdane zaštite opreme od dinamičkih utjecaja.
Pri razvoju amortizera potrebno je težiti tome da on ne samo pruža zadovoljavajuću izolaciju vibracija i udara, već i da bude kompaktan, otporan na različite klimatske i druge utjecaje, te da izdrži značajan broj ciklusa dinamičkih i klimatskih utjecaja. bez oštećenja.
Zbog činjenice da su moderna vozila istovremeno izložena i stalnim vibracijama i periodičnim udarima, problem projektiranja amortizera za elektroničku opremu u vozilu je vrlo složen. Zahtjevi za amortizere dizajnirane za zaštitu od udaraca često nisu u skladu sa zahtjevima za prigušivače vibracija.
Prigušivači za izolaciju vibracija i udaraca dvije su glavne vrste elastičnih prigušivača. Imaju različite namjene i nisu međusobno zamjenjivi, iako su izgledom vrlo slični. Amortizeri koji izoliraju vibracije najčešće se koriste za zaštitu opreme u vozilu.
Različiti tehnički zahtjevi za amortizere mogu se podijeliti u tri skupine. Prva skupina zahtjeva utvrđuje parametre dinamičkih utjecaja, druga - karakterizira klimatske uvjete rada i treća - projektne parametre. Ovisno o frekvenciji prirodnih vibracija, svi amortizeri elektroničke opreme na vozilu mogu se podijeliti na niskofrekventne, srednjefrekventne,
visokofrekventni i amortizeri posebne namjene. |
|||||
prirodne vibracije nominalno |
nabijen |
amortizer |
|||
smjer |
ne smije prelaziti 3..4 Hz za nisku frekvenciju, za srednju frekvenciju |
||||
8..10 Hz, za |
visoka frekvencija 20..25 |
Hz, za posebne amortizere - bilo koji od |
|||
određene granice ovisno o namjeni. |
|||||
Uznemirujući frekvencijski raspon |
oklijevanje, |
u kojem |
amortizeri |
||
osigurati pouzdanu izolaciju od vibracija opreme, obično iznosi: za niske frekvencije 5..2500 Hz, za srednje frekvencije 15..2500 Hz i za visoke frekvencije
Maksimalne vrijednosti ubrzanja vibracija na visokim frekvencijama ne prelaze 15g, maksimalno ubrzanje ponovljenog djelovanja doseže 12g. Amortizeri moraju osigurati zaštitu elektroničke opreme u vozilu od vibracija i udaraca koji djeluju pod bilo kojim kutom u odnosu na ravninu potporne baze.
Temperatura, tlak, vlaga, morska magla, prašina, plijesan, zračenje i druge vrste vanjskih utjecaja ne bi smjele značajno utjecati na rad amortizera.
Što se tiče mehaničke pouzdanosti, amortizeri moraju izdržati vibracije u zadanom frekvencijskom rasponu u vremenu koje je jednako jamstvenom vijeku trajanja, te ispitivanja na rezonantnoj frekvenciji s amplitudom pomaka od najmanje 1 mm. Nakon ispitivanja mehaničke pouzdanosti, amortizeri moraju ostati funkcionalni.
Konstrukcija amortizera mora osigurati mogućnost njihove uporabe u potpornim i podvoznim obrascima opterećenja, kao i pod kutom. Da bi to učinili, amortizeri moraju biti opremljeni odgovarajućim prirubnicama s potrebnim brojem rupa za pričvršćivanje na mjestu ugradnje, kao i odgovarajućim napravama za pričvršćivanje blokova ili okvira podblokova pomoću vijaka.
Amortizeri moraju biti tehnološki napredni i dizajnirani za veliku ili masovnu proizvodnju. Moraju imati najmanju moguću težinu, biti jednostavni za ugradnju i međusobno zamjenjivi.
Dani zahtjevi rezultat su iskustva u radu s opremom za amortizaciju i odnose se na novorazvijene dizajne amortizera.
Ne ispunjavaju svi proizvedeni amortizeri ove zahtjeve u istoj mjeri.
Strukturne sheme za izradu amortizera vrlo su raznolike, ali svaka od njih nužno sadrži elastični element (ili elastične elemente), dijelove (ili
dio koji je vrlo fleksibilan i može poslužiti kao mehanički filter frekvencija vibracija. Izrađuje se od elastičnog materijala (prirodna ili sintetička guma), ili opružnog čelika ili berilijeve bronce. Elastični elementi izrađeni od elastičnog materijala imaju širok izbor oblika. Obično je to monolit koji djeluje na kompresiju, napetost, smicanje ili torziju. Elastični metalni elementi mogu biti izrađeni u obliku zavojne opruge (cilindrične, stožaste ili eksponencijalne), sajle ili metalne konstrukcije (spletke ili pletenice od tanke žice). Najčešće rade na kompresiji, iako su poznati i drugi slučajevi
unutarnje trenje u materijalu, kao što su gumene ili metalne opruge. Međutim, to prigušenje je obično slabo, posebno u oprugama.
Želja za povećanjem prigušenja kod amortizera koji bi bili neosjetljivi na promjene vanjskih uvjeta dovela je do pojave amortizera s posebnim uređajima za raspršivanje energije vibracija. Ovi uređaji rasipaju vibracijsku energiju kao rezultat trenja koje nastaje kada se dijelovi pomiču zajedno. U ovom slučaju moguće je "viskozno" (zračno ili hidrauličko) ili trenje ("suho") trenje.
Prema tome, ovisno o vrsti elastičnog elementa, amortizeri se mogu podijeliti na: gumene i opružne. Prema vrsti prigušenja - amortizeri s unutarnjim prigušenjem od elastičnog materijala, sa zračnim, trenjem i strukturnim prigušenjem.
Prema tome, amortizeri se mogu podijeliti u sljedeće četiri glavne skupine:
- gumeno-metalni amortizeri,
- opružni amortizeri sa zračnim prigušenjem,
- opružni amortizeri s prigušenjem trenja,
- Potpuno metalni amortizeri sa strukturnim prigušenjem.
U U laboratorijskom radu za sve korištene amortizere uzete su sljedeće karakteristike:
ime [N];- najveći pomak d [mm];
- statički koeficijent krutosti k [kg/mm];
- koeficijent prigušenja h [Ns/m].
2. Gumeno-metalni amortizeri.
Gumeno-metalni amortizeri su najraniji dizajni
dizajniran za zaštitu opreme u vozilu. Široka uporaba gume za proizvodnju amortizera objašnjava se njezinim inherentnim fizičkim i mehaničkim svojstvima.
Gumeni proizvodi mogu biti bilo koje veličine i različitih konfiguracija, vulkanizacijom se čvrsto povezuju s metalnom armaturom, što omogućuje izradu amortizera različitih karakteristika, uključujući i nelinearne. Gumeno-metalni amortizeri su kompaktni, jednostavni, jednostavni za izradu i mogu se postaviti pod bilo kojim kutom u odnosu na smjer opterećenja.
Guma je sposobna podnijeti velike relativne deformacije, koje mogu biti potpuno ili u velikoj mjeri elastične, te ima unutarnje trenje, koje osigurava apsorpciju energije vibracija kada su one povezane s deformacijom gumenih konstrukcijskih dijelova. Različite marke gume imaju različita svojstva.
Nedostaci gumeno-metalnih amortizera uključuju relativno visoku frekvenciju prirodnih vibracija (20..33 Hz). Guma nije u stanju dugo izdržati velike deformacije; nakon nekog vremena karakteristike amortizera se pogoršavaju. Fenomen promjena fizičkih i mehaničkih karakteristika gume tijekom vremena poznat je kao "starenje". Starenje je prvenstveno kemijski proces. Nastaje pod utjecajem atmosferskih utjecaja, sunčeve svjetlosti i raznih agresivnih okruženja, na primjer, para goriva i ulja. Brzina starenja uvelike ovisi o stanju naprezanja gume. Nezaštićena površina gumenog amortizera, podvrgnuta starenju, postaje tvrđa, gubi elastičnost i čvrstoću te se prekriva malim pukotinama poput dlaka. Za zaštitu od starenja, gumena masa amortizera se ponekad premazuje voskom.
Gumeno-metalni amortizeri trenutačno imaju vrlo ograničenu primjenu u avionici. To je uglavnom zbog njihovih toplinskih ograničenja i, u određenoj mjeri, nedovoljnog unutarnjeg prigušenja. Međutim, mogućnosti gumeno-metalnih amortizera daleko su od iscrpljenosti.
Slika P.4 Tip amortizera "ACh"
O tome svjedoči ne samo širok asortiman serijski proizvedenih amortizera, već i obilje latentnih primjena amortizera, glavne elastične
niske frekvencije do 0,002 mm na visokim frekvencijama.
Amortizeri pripadaju skupini srednjefrekventnih amortizera, frekvencija vlastitih vibracija u vertikalnom smjeru je 10-15 Hz, au horizontalnom smjeru 15-25 Hz.
Nedostaci amortizera uključuju sljedeće. Guma ne podnosi dobro zračenje i sunčevu svjetlost. Nakon što je na suncu 20 sati, površina gumene mase postaje prekrivena malim pukotinama, što dovodi do uništenja amortizera. Amortizeri su vrlo osjetljivi na niske temperature. Na temperaturi od oko -30°C amortizeri počinju otvrdnjavati, elastičnost im se smanjuje za 50%, krutost se povećava, a učestalost vlastitih vibracija raste. Na temperaturi od -60°C potpuno otvrdnu i postaju neprikladni za izolaciju od vibracija. Tek nakon duljeg rada na frekvenciji od 50 Hz i više, amortizeri se počinju malo zagrijavati, a njihova svojstva izolacije vibracija djelomično se obnavljaju.
Kao rezultat starenja gume, kada se amortizeri skladište šest mjeseci, njihova krutost može se povećati za 15%. Amortizer ima malu otpornost na vibracije i može otkazati zbog nedovoljno čvrstog spoja armature s gumenom masom. Stoga dopušteno statičko naprezanje na površini tijekom vulkanizacije gume u metalnu armaturu ne prelazi 35 N/cm2. Prosječna snaga vibracija amortizera je 40-50 sati.
3. Opružni amortizeri sa zračnim prigušenjem.
Ako u gumeno-metalnim amortizerima gumena masa djeluje i kao elastični element i kao prigušni element, tada su u opružnom amortizeru sa zračnim prigušenjem te funkcije podijeljene između dva neovisna elementa. Kao ovaj element, takav amortizer obično ima zavojnu oprugu cilindričnog, konusnog ili eksponencijalnog profila. Eksponencijalna opruga daje jednaku frekvenciju amortizeru. Opruga u biti nema značajnog unutarnjeg trenja. Njezine vlastite vibracije gase se vrlo sporo. Stoga je u amortizerima čelična opruga zatvorena u gumeni uložak s kalibriranim
gumeno-metalni amortizeri. Frekvencije vlastitih vibracija amortizera u
Na nižim frekvencijama javlja se rezonancija zraka, čak ni u normalnim uvjetima okoline, ne daje puni učinak.
Amortizeri se mogu koristiti prvenstveno u sustavima koji osiguravaju statičko opterećenje duž osi amortizera. Amortizeri mogu apsorbirati vibracijska opterećenja u bočnom smjeru uz određena ograničenja. Korištenje zraka u prigušnici dovodi do činjenice da se s promjenama klimatskih uvjeta (temperatura, vlažnost), kao i povećanjem visine leta, kvaliteta prigušenja značajno pogoršava i može praktički potpuno nestati.
U laboratorijskom radu koriste se amortizeri tipa AD (slika P.5).
Riža. P.5 Amortizer tipa AD.
Amortizeri ovog tipa koriste oblikovanu oprugu, koja osigurava jednaku frekvenciju amortizera, odnosno kada je opruga opterećena različitim težinama (u
70o C. U uvjetima niskih temperatura, vibracije amortizera ponekad su jasno aperiodične prirode. Frekvencije prirodnih vibracija amortizera u uvjetima niskih temperatura i niskih tlakova blago se povećavaju zbog povećanja elastičnosti zamrznutog gumenog prigušivača. Visoke temperature okoline, kako su pokazala istraživanja, ne utječu na rad amortizera.
Amortizeri krvnog tlaka mogu raditi pri atmosferskom tlaku od 190 mm Hg i vlažnosti od 95..98% na temperaturi od +20o C.
Prema tehničkim podacima, amortizeri su namijenjeni za korištenje u
Ispitivanja i radna iskustva pokazuju da AM amortizeri mogu zadovoljavajuće raditi u uvjetima vibracija do 2000 Hz s ubrzanjem na visokim frekvencijama do 10g.
Pod normalnim uvjetima, prirodne frekvencije vibracija opterećenih amortizera su unutar raspona od 8..10 Hz. Ispitivanja amortizera na udarna opterećenja pokazala su relativno zadovoljavajuće kvalitete. Korištenjem ovih amortizera u nekim je slučajevima moguće smanjiti ubrzanje udarca za otprilike 2,8 puta.
Izum se odnosi na područje ispitivanja amortizera i može se koristiti u projektiranju zaštitnih uređaja od kompozitnih materijala. Svrha izuma je dobiti karakteristike amortizera koje pokazuju učinkovitost njihovog rada pod udarnim udarima (koeficijenti učinkovitosti prigušenja udarca amortizera povezani sa strukturnim prigušenjem, prigušenjem u materijalima, kao i zbog različite akustične krutosti različitih amortizera elementi, itd.) Ispitivanja se provode na instalaciji čiji faktor kvalitete nije manji od reda veličine veći od faktora kvalitete amortizera. Traženi koeficijent jednak je umnošku koeficijenata povezanih s različitim fizičkim svojstvima amortizera. U ovom slučaju, zamjena prigušnih obloga oblogama izrađenim od različitih materijala s unaprijed poznatim svojstvima prigušenja omogućuje određivanje svakog od koeficijenata kao rezultat analize spektara udara dobivenih tijekom ispitivanja udarom. Tehnički učinak - poboljšanje kvalitete istraživanja procesa rada amortizera pod udarnim udarima. 6 ilustr.
Predloženo tehničko rješenje odnosi se na područje ispitivanja amortizera izrađenih od kompozitnih materijala za određivanje njihovih svojstava prigušenja pri udaru. Nedavna uporaba novih materijala (metalna guma, plastika od karbonskih vlakana, itd.) u sustavima zaštite od vibracijskih opterećenja na brodovima, zrakoplovima i svemirskim letjelicama zahtijeva prilično točno određivanje učinkovitosti svakog elementa amortizera. Trenutno su poznate različite metode za određivanje svojstava prigušenja amortizera. Na primjer, kada se proučavaju amortizeri koji rade pod prilično sporo promjenjivim vanjskim utjecajima, koristi se metoda procjene koeficijenta apsorpcije analizom petlje histereze (I.M. Babakov “Teorija oscilacija”, str. 153-154, M.: Nauka, 1968. ). Međutim, takvi testovi uzimaju u obzir rasipanje energije tijekom cijelog ciklusa vibracija. Za zaštitu opreme od udarnih udara (često eksplozivne prirode) koriste se amortizeri koji prvenstveno trebaju smanjiti amplitudu prednjeg ruba udarnog vala deformacije. Smanjenje sekundarne vibracije obično nije veliki problem. U ovom slučaju najprikladnije je analizirati amplitudno-frekvencijske karakteristike ili ukupne vrijednosti udara prije i poslije amortizera. Na primjer (A. Nashif et al. Prigušivanje vibracija, str. 190, M.: Mir, 1988, prototip), metoda za konstruiranje amplitudno-frekvencijske karakteristike sastoji se od pobudnih vibracija u ispitnom uzorku, mjerenja primijenjene pobudne sile u određenoj točki, određujući dinamički odziv pomoću akcelerometara i senzora naprezanja, a zatim uspoređujući amplitudno-frekvencijski odziv prije i iza amortizera. Korištenje harmonijskog Fourierovog analizatora, kao i sličnih računalnih tehnika, u pravilu vrijedi samo za slučaj “naknadnog učinka” (kada je udar već prestao i proučavaju se sekundarne vibracije). Osim toga, uporaba ispitnih instalacija s prilično niskim faktorom kvalitete (na primjer, vibracijska postolja) dovodi do precjenjivanja svojstava prigušenja amortizera. Gore opisana metoda također ne dopušta odvajanje disperzije vanjskih utjecaja zbog različitih fizičkih svojstava amortizera (strukturno prigušenje, refleksija od granica itd.). Svrha ovog tehničkog rješenja je djelomično otklanjanje gore navedenih nedostataka, što će omogućiti kvalitetnije proučavanje procesa rada amortizera pri udarnim udarima. Predloženo tehničko rješenje razlikuje se po tome što se amortizer opterećuje u instalaciji čiji je faktor kvalitete barem za red veličine veći od faktora kvalitete amortizera, a ispitivanja se provode sekvencijalno, prvo se dobiva odnos između sila i deformacija. u amortizeru pod udarom, zatim određivanje akustične krutosti amortizera pri različitim razinama opterećenja, nakon čega se provode ispitivanja s oblogama iste izvedbe izrađenim od različitih materijala s unaprijed određenim svojstvima prigušenja, a učinkovitost prigušenja udarca ocjenjuje se pomoću uspoređujući spektre udarne akceleracije na kontrolnim točkama, a koeficijent učinkovitosti prigušenja udarca prikazan je kao umnožak koeficijenata od kojih je svaki određen analizom spektra udarne akceleracije testova prethodno navedenih košuljica. Suština predloženog tehničkog rješenja ilustrirana je crtežima, gdje je na Sl. 1 prikazuje amortizer od metalne gume 7VSh60/15, sl. Slika 2 prikazuje odnos između sila i deformacija p- (petlja histereze), Youngovog modula (kao tangensa kuta) i brzine zvuka u materijalu, sl. Slika 3 prikazuje dijagram eksperimentalne postavke; Slike 4-6 prikazuju ukupni koeficijent učinkovitosti prigušenja udarca, koeficijent dobiven zbog strukturalnog prigušenja i koeficijent dobiven zbog disipacije u metalnoj gumi. Razmotrimo, kao primjer, amortizer izrađen od metalne gume (slika 1) i pokušajmo procijeniti svojstva prigušenja amortizera pomoću predloženog algoritma. Kada se val deformacije približi amortizeru, on se reflektira zbog različitih udarnih krutosti i raspršuje u materijalu (metalna guma amortizera) i zbog strukturalnog prigušenja samog amortizera (omjer stezanja, zazori, itd.). ). Neka bude ukupni faktor učinkovitosti prigušenja udarca. i = 1i 2i 3i ,
Gdje je 1i koeficijent povezan sa strukturnim prigušenjem;
2i - koeficijent povezan s vrijednostima akustične krutosti;
3i je koeficijent koji se odnosi na raspršenje u materijalu. Očito je da je za upotrijebljene materijale 3i = 1 (osim za metalnu gumu, budući da su dimenzije košuljica male, a raspršenje u materijalu počinje utjecati tek pri L>1 m, pa čak i tada iznosi 1-2% po 1 m. O.D. Alimov i dr. Udar, širenje deformacijskih valova u udarnim sustavima: Nauka, 1982. Sam koeficijent učinkovitosti prigušenja za spektar udara shvaća se kao amplitudno-frekvencijska karakteristika omjera spektra udara ubrzanja VIP-a prije i iza amortizera:
1 = A B1i /A B2i . Koeficijent
Prikazuje učinkovitost različitih košuljica, budući da je 1i = const (isti amortizer), a za sve košuljice, osim metalne gume, 3i = 1, tada
Ij = ( 1i 2i 3i)/( 1j 2j 3j) = 2i 3i / 2j . Razmotrimo materijal čija je akustična krutost jednaka akustičkoj krutosti metalne gume, tada
To jest, dobivamo koeficijent prigušenja udarnog vala, koji karakterizira svojstva metalne gume. Kao što je poznato (L.G. Shaimordanov. Statistička mehanika deformabilnih vlaknastih netkanih poroznih tijela. Krasnojarsk, 1989.), metalna guma je materijal s izraženim nelinearnim karakteristikama. Osim toga, svojstva prigušenja materijala mogu ovisiti o brzini (pri udaru i eksplozivnim utjecajima) i vrsti opterećenja. Istodobno, petlja histereze (njena granična desna grana) za metalni gumeni amortizer u području graničnih deformacija ne ovisi o brzini opterećenja. Dakle, poznavajući ovisnost P- (petlja histereze) i veličinu udarnog djelovanja (u obliku impulsa sile), moguće je dobiti Youngov modul i, posljedično, brzinu zvuka za bilo koji trenutak u vremenu ( Slika 2). Odabirom različitih veličina udara i vrijednosti akustične krutosti moguće je dobiti koeficijente učinkovitosti prigušenja udara ovisno o jačini vanjskog udara. Očito, tijekom takvih ispitivanja rasipanje vanjskih utjecaja mora biti minimalno. Poznata je formula koja povezuje faktor kvalitete Q i logaritamski dekrement oscilacija: Q = 3,141.../, a = lnA1/A2, gdje su A1 i A2 amplitude dvaju susjednih oscilacija. Ovo pokazuje da se čak i uz povećanje faktora kvalitete za jedan red veličine (80-100, za konvencionalne dizajne približno 8-10), disipacija energije u eksperimentalnom postavu može zanemariti. Korištenje koncepta udarnog spektra ubrzanja za procjenu učinkovitosti amortizera pri udarnim udarima omogućuje nam ispravnu analizu rada amortizera i u trenutku primjene opterećenja i nakon završetka njegovog djelovanja (O.P. Doyar “Algoritam za izračun udarnog spektra” u zborniku Dynamics of Systems. Numeričke metode proučavanja dinamičkih sustava: Kišenev, 1982, str. Primjer praktične primjene predložene metode. Koristeći predloženu metodu, određeni su koeficijenti prigušenja za amortizer 7VSh60/15 koji se koristi u pojasu za zaštitu od vibracija jedne od svemirskih letjelica koje je razvio NPO PM (slika 1). Dijagram postavljanja testa prikazan je na slici 3, gdje 1 - valovod, 2 - amortizer, 3 - ABC-052 akcelerometri. Izvedeno je 15 eksplozija. Impuls sile za vijak dobiven je ranije. Dinamičke deformacije amortizera snimljene su metodom brzog foto snimanja. Ovisnost gustoće materijala (metalne gume) o sili uzeta je prema podacima putovnice amortizera. Za zamjenu su korištene obloge od čelika, bronce, aluminija, tekstolita i fluoroplastike. Kao izvor udara korišten je eksplozivni vijak 8x54. Prilikom zamjene metalno-gumene obloge čeličnom košuljicom (materijal tijela i pričvrsni elementi), možete odmah dobiti koeficijent povezan sa strukturnim prigušenjem, jer ostali učinci raspršenja su isključeni. Na sl. Slike 4, 5 prikazuju grafikone ukupnog koeficijenta prigušenja udarca i koeficijenta prigušenja povezanog sa strukturalnim prigušenjem, a SL. Na slici 6 prikazan je koeficijent dobiven disipacijom udarca u metalnoj gumi. Razina udarca bila je 6 kN. Raspon mjerenja za amplitudu je do 6000 g, a za frekvenciju do 10.000 Hz. Ukupna pogreška mjerenja i obrade nije prelazila 9-11%.