Способ вибродемпфирования металлической конструкции

 

Изобретение относится к машиностроению , а именно к демпфированию колебаний инженерных конструкций. Цель изобретения - повышение эффективности за счет расширения частотного и температурного диапазонов вибродемпфирования. Способ заключается в создании локальной неоднородной структуры в металлической конструкции путем нанесения на ней сварных швов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 10 К 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4681233/10 (22) 19.04,89 (46) 07.12.91. Бюл. М 45 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72) С.А.Рыков, А.В.Авринский и И;К.Пименов (53) 629.12.011.00/.24.534.2(088.8) (56) Заявка Японии М 53 3243, кл. G 10 К

11/02.

Заявка Франции hh 22339988336600, кл. G 10 К

11/00, 1979.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к демпфированию колебаний в инженерных конструкциях.

Целью изобретения является повышение эффективности вибродемпфирования за счет расширения частотного и температурного диапазонов, а также упрощение и сокращение времени демпфирования колебаний в элементах конструкции.

На чертеже приведен график иллюстра.. ций, предлагаемый способ.

Увеличение активной диссипативной составляющей конструкции в целом в заданном диапазоне частот достигается введением локальной неоднородной структуры в конструкцию путем нанесения на нее сварных швов, что приводит к росту интегральных потерь виброэнергии.

Математическая модель, подтверждающая данный вывод, строится следующим образом.

5U 1697107 А1 (54) СПОСОБ ВИБРОДЕМПФИРОВАНИЯ

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОНСТРУКЦИИ (57) Изобретение относится к машиностроению, а именно к демпфированию колебаний инженерных конструкций. Цель изобретения — повышение эффективности за счет расширения частотного и температурного диапазонов вибродемпфирования. Способ заключается в создании локальной неоднородной структуры в металлической конструкции путем нанесения на ней сварных швов. 1 ил.

Рассеиваемая вибрационная энергия в однородных конструкциях определяется как

М/,=ф) rn (х,у) Р (х,у, cu) d $, (1) ф где S — площадь однородной конструкции;

m — масса на единицу площади; д ф- колебательная скорость смещения; 0 ф — коэффициент поглощения энергии колебаний.

Для диссипативно неоднородной конструкции выражение (1) принимает вид

СР п„,= ф/ m (х,у)ф (х.у,и) б si, (21 4

i=1 где I — индекс I-го элемента конструкции, в пределах которого ф = const;

N — число элементов.

Если рассматривать в соотношении (1) ф как усредненный коэффициент поглощения для анизотропной конструкции в целом (ф =ф ), то, приравнивания выражения (1) и (2), получают

1697107 ; 9 Г, пи (х,y) P (x,yù) б Я

m (х,у) Р (х„у,в) d $

Выражение (3) носит общий характер.

B качестве примера рассмотрим шарнирно опертую. сваренную из нескольких кусков балку длиной I постоянного сечения, которая совершает гармонические колебания. В этой балке имеет место анизотропия диссипативных свойств.

Существует два вида участков с разными коэффициентами поглощения, В первом участке — материал балки, не изменивший свою структуру, во втором — сварной шов и околошовная зона, материал которой изменяет свою структуру в результате сварки.

Таким образом, балку можно разбить на N участков.

Тогда на резонансе а„, учитывая гармонический характер колебаний, выражение (3) принимает вид

),g )" sln2(итхЛ) dx

1=. 1 "И

Ф—

g sln2 (и л х/l) d )( где и — номер формы резонансных колебаний; х — текущее значение координаты;

xi — граница зоны.

Выражение

f„",, з1п (и их/1) d х:=

Х1

= (х/2 —. (l/4 л n) ВЯ (2 и m 4 (5)

Х -( при больших и стремится к (х1 — хь1)/2 = A xi/2. ()

Следовательно, выражение (4) стремится

Ф =- Х 9ЛХ /, (7)

Zcl 1=1 т.е. изменение 1р от одной частоты к другой происходит около среднего значения коэффициента поглощения, который зависит только от протяженности участков, которым соответствует ф, Отсюда следует, что чем больше сварных швов имеет конструкция, тем сильнее отличается регрессионная кривая ее коэффициента поглощения от регрессионной кривой коэффициента поглощения кон=трукции иэ однородного материала.

Экспериментальная проверка предложенной модели проведена на пластинах иэ алюминиевого сплава с габаритами

1,2 х 1,2 х 0,06 м. Первая из них (кривая 1)

5 однородная и не имеет сварных швов, вторая (кривая 2) состоит из трех частей, соединенных сплошными сварными швами, а третья пластина (кривая 3) — из восьми частей, соединенных сплошными сварными

10 швами.

Численная оценка величины максимального коэффициента поглощения, которую можно получить для данной конструкции, определяется следующим

15 образом.

Для сварной пластины выражение (7) принимает вид

1/» =:, »«; 1/1 Л$1/S, (8)

20 Е,ср где! = 1,2; ф1, Л S1 — коэффициент поглощения и площадь элемента, материал которого не изменил свою структуру;

25 Q, Ь32 — относятся к.материалу, который изменил свою структуру в результате сварки.

Величина $2 может быть экспериментально измерена:

30 $2= Ы„, (9) где b — ширина зоны, в которой материал изменил свою структуру;

ln — протяженность швов.

b = 6ат+ b, (10) где ат — толщина конструкции;

b — ширина сварного шва.

Из (8) видно, что величина коэффициента поглощения в сварном шве и околошовной зоне, изменившей свою структуру после

40 сварки, равна ф =ф ($1 + $2)» $2 — у»1 $1!$2, (11) й;ср

Величины ф,и ф определены экспеТср риментально на йервой и второй пластинах, $2 и S1 = S — Sz определены расчетным путем по вы ражениям (9) и (10). В результате величина коэффициента поглощения в области шва

50 +!2 = 0,086 .

Экспериментально полученные результаты ф/2л=0,086 и ф/2л =0,0075 заложены для расчета 1/» в третьей пластине.

Результаты расчета показаны кривой 4.

Сравнение кривых 3 и 4 свидетельствует о хорошем согласовании результатов и о правильности разработанной физической модели. Результаты эксперимента также свидетельствуют, что теоретически, нанеся

1697107

äÐ2

001

0006

0002

50 f00

Составитель В.Борщеговская

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор И.Шмакова

Заказ 4308 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сварные швы на всю конструкцию, можно достичь коэффициента потерь

y = ф/2 — 0,09 в широком диапазоне частот.

Формула изобретения 5

Способ вибродемпфирования металли-ческой конструкции, заключающийся в том, что конструкцию подвергают обработке путем формирования вибропоглощающих зон, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности за счет расширения температурного и частотного диапазонов вибродемпфирования, формирование вибропоглощающих зон flpc" 1380дят путем наваривания на поверхность конструкции сварных швов,