Jump to content

Настроенный массовый демпфер

Настроенный демпфер масс на Тайбэе 101
Shanghai Tower Настроенный демпфер масс

Настраиваемый демпфер массы ( TMD ), также известный как поглотитель гармоник или сейсмический демпфер , представляет собой устройство, монтируемое в конструкциях для уменьшения механических вибраций , состоящее из массы, установленной на одной или нескольких демпфирующих пружинах. Его частота колебаний настроена так, чтобы соответствовать резонансной частоте объекта, на котором он установлен, и уменьшает максимальную амплитуду объекта, веся при этом намного меньше его.

ДВНЧС могут предотвратить дискомфорт, повреждение или полный структурный отказ . Они часто используются в передаче энергии, автомобилях и зданиях.

Схема простой системы пружина-масса-демпфер, используемая для демонстрации настроенной системы массового демпфера.

Настроенные демпферы масс стабилизируют движение, вызванное гармонической вибрацией . Они используют сравнительно легкий компонент для снижения вибрации системы, поэтому ее вибрации в худшем случае становятся менее интенсивными. Грубо говоря, практические системы настроены либо на удаление основной моды от тревожной частоты возбуждения, либо на добавление демпфирования к резонансу, который трудно или дорого заглушить напрямую. Примером последнего является демпфер крутильных колебаний коленчатого вала. Массовые демпферы часто реализуются с фрикционным или гидравлическим компонентом, который превращает механическую кинетическую энергию в тепловую, как в автомобильном амортизаторе .

Учитывая двигатель массой m 1 , прикрепленный через опоры двигателя к земле, двигатель вибрирует во время работы, а мягкие опоры двигателя действуют как параллельные пружина и демпфер k 1 и c 1 . Усилие, действующее на опоры двигателя, равно F 0 . Чтобы уменьшить максимальную силу, действующую на опоры двигателя, когда двигатель работает в диапазоне скоростей, меньшая масса m 2 соединяется с m 1 с помощью пружины и демпфера k 2 и c 2 . F 1 — действующая сила, действующая на двигатель при его работе.

Отклик системы, возбуждаемой одной единицей силы, при ( красный ) и без ( синий ) настроенная масса 10%. Пиковый отклик снижается с 9 единиц до 5,5 единиц. Хотя максимальная сила срабатывания снижается, существуют некоторые рабочие частоты, для которых сила срабатывания увеличивается.

На графике показано влияние настроенного массового демпфера на простую систему пружина-масса-демпфер, возбуждаемую вибрациями с амплитудой в одну единицу силы, приложенной к основной массе, м 1 . Важным показателем производительности является соотношение силы, действующей на опоры двигателя, к силе, вибрирующей двигатель. Ж 0 / Ж 1 . Это предполагает, что система линейна, поэтому, если сила, действующая на двигатель, увеличится вдвое, то же самое произойдет и с опорами двигателя. Синяя линия представляет базовую систему с максимальным откликом 9 единиц силы при частоте около 9 единиц. Красная линия показывает эффект добавления настроенной массы в размере 10% от базовой массы. Он имеет максимальный отклик 5,5 на частоте 7. В качестве побочного эффекта он также имеет второй нормальный режим и будет вибрировать несколько сильнее, чем базовая система на частотах ниже примерно 6 и выше примерно 10.

Высоту двух пиков можно регулировать, изменяя жесткость пружины настроенного демпфера массы. Изменение демпфирования также сложным образом меняет высоту пиков. Распределение между двумя пиками можно изменить, изменив массу демпфера ( м 2 ).

График Боде смещений в системе с ( красный ) и без ( синий ) настроенная масса 10%.

График Боде более сложен и показывает фазу и величину движения каждой массы для двух случаев относительно F 1 .

На графиках справа черная линия показывает базовый ответ ( m 2 = 0). Теперь учитывая m 2 = м 1 / 10 , синяя линия показывает движение демпфирующей массы, а красная линия показывает движение основной массы. Амплитудный график показывает, что на низких частотах демпфирующая масса резонирует гораздо сильнее, чем основная масса. Фазовый график показывает, что на низких частотах две массы находятся в фазе. По мере увеличения частоты m 2 смещается в противофазе с m 1 до тех пор, пока примерно на частоте 9,5 Гц он не сдвинут по фазе с m 1 на 180° , максимизируя эффект демпфирования за счет максимизации амплитуды x 2 x 1 , что максимизирует энергию, рассеиваемую в c 2 и одновременно тянет первичную массу в том же направлении, что и опоры двигателя.

Массовые демпферы в автомобилях

[ редактировать ]

Автоспорт

[ редактировать ]

Настроенный демпфер масс был представлен как часть системы подвески Renault на ее автомобиле Формулы-1 2005 года ( R25 ) на Гран-при Бразилии 2005 года . Сообщается, что система сократила время прохождения круга на 0,3 секунды: феноменальный выигрыш для относительно простого устройства. [ 1 ] Стюарды встречи сочли это законным, однако FIA обжаловала это решение.

Две недели спустя Международный апелляционный суд FIA признал массовый демпфер незаконным. [ 2 ] [ 3 ] Это было признано незаконным, поскольку масса не была жестко прикреплена к шасси; Влияние демпфера на наклон автомобиля, в свою очередь, повлияло на зазор под автомобилем и на землю воздействие автомобиля . Таким образом, демпфер считался подвижным аэродинамическим устройством и, следовательно, оказывал незаконное влияние на аэродинамические характеристики .

Серийные автомобили

[ редактировать ]

Демпферы с настроенной массой широко используются в серийных автомобилях, обычно на шкиве коленчатого вала для контроля крутильных колебаний и, реже, изгибных режимов коленчатого вала. Они также используются в трансмиссии для устранения шума коробки передач и других шумов или вибраций в выхлопной системе, кузове, подвеске или где-либо еще. Почти все современные автомобили будут иметь один массовый демпфер, а некоторые могут иметь десять и более.

Обычная конструкция демпфера коленчатого вала состоит из тонкой резиновой ленты между ступицей шкива и внешним ободом. Это устройство, часто называемое гармоническим демпфером , расположено на другом конце коленчатого вала, противоположном тому, где находятся маховик и трансмиссия. Альтернативной конструкцией является центробежный маятниковый амортизатор , который используется для уменьшения крутильных колебаний двигателя внутреннего сгорания .

Все четыре колеса Citroën 2CV имели настроенный массовый демпфер (называемый в оригинальном французском языке «Batteur»), очень похожей по конструкции на тот, который использовался в автомобиле Renault F1 с начала производства в 1949 году на всех четырех колесах. прежде чем его сняли с задних, а затем и с передних колес в середине 1970-х годов.

Массовые демпферы в мостах

[ редактировать ]
Настроенный демпфер масс внутри настила моста виадука Яна Линзеля. [ 4 ]

Настроенный массовый демпфер широко используется как метод усиления демпфирования мостов. Одним из вариантов использования настроенных демпферов массы в мостах является предотвращение сильных вибраций из-за резонанса с нагрузками от пешеходов. [ 5 ] Путем добавления настроенного массового демпфера к конструкции добавляется демпфирование, что приводит к уменьшению вибрации конструкции, поскольку амплитуда установившегося состояния вибрации обратно пропорциональна демпфированию конструкции. [ 6 ]

Массовые демпферы в космических кораблях

[ редактировать ]

Одним из предложений по снижению вибрации на твердотопливном ускорителе НАСА «Арес» было использование 16 настроенных демпферов массы в рамках стратегии проектирования по снижению пиковых нагрузок с 6 г до 0,25 г , при этом TMD отвечали за снижение с 1 г до г. 0,25 остальное делают обычные виброизоляторы между верхними ступенями и ускорителем. [ 7 ] [ 8 ]

Демпферы в линиях электропередачи

[ редактировать ]
Небольшие черные предметы, прикрепленные к кабелям, — это амортизаторы Стокбриджа на линии электропередачи напряжением 400 кВ недалеко от Касл-Комба , Англия.

Линии высокого напряжения часто имеют небольшие стержня, в форме демпферы Стокбриджа свисающие с проводов, чтобы уменьшить высокочастотные колебания малой амплитуды, называемые флаттерами . [ 9 ] [ 10 ]

Демпферы в ветряных турбинах

[ редактировать ]

Стандартный настроенный массовый демпфер для ветряных турбин состоит из вспомогательной массы, которая крепится к основной конструкции с помощью пружин и элементов приборной панели. Собственная частота настроенного массового демпфера в основном определяется его жесткостью пружины и коэффициентом демпфирования, определяемым приборной панелью . Настраиваемый параметр настроенного демпфера массы позволяет вспомогательной массе колебаться со сдвигом по фазе относительно движения конструкции. В типичной конфигурации под гондолой ветряной турбины подвешивалась вспомогательная масса, поддерживаемая демпферами или фрикционными пластинами. [ нужна ссылка ]

[ редактировать ]
Расположение крупнейшего настроенного демпфера масс Тайбэя 101.

При установке в зданиях демпферы обычно представляют собой огромные бетонные блоки или стальные корпуса, установленные в небоскребах или других конструкциях, которые движутся в противовес колебаниям резонансной частоты конструкции с помощью пружин , жидкости или маятников.

Источники вибрации и резонанса

[ редактировать ]

Нежелательная вибрация может быть вызвана силами окружающей среды, действующими на конструкцию, такими как ветер или землетрясение, или кажущимся безобидным источником вибрации, вызывающим резонанс, который может быть разрушительным, неприятным или просто неудобным.

Землетрясения

[ редактировать ]

Сейсмические волны , вызванные землетрясением , заставят здания раскачиваться и колебаться по-разному в зависимости от частоты и направления движения грунта , а также высоты и конструкции здания. Сейсмическая активность может вызвать чрезмерные колебания здания, что может привести к разрушению конструкции . здания Для повышения сейсмических характеристик осуществляется его надлежащее проектирование с использованием различных контроля сейсмической вибрации технологий . Как упоминалось выше, демпфирующие устройства использовались в авиационной и автомобильной промышленности задолго до того, как они стали стандартными средствами уменьшения сейсмического ущерба зданиям. Фактически, первые специализированные устройства для гашения землетрясений были разработаны только в конце 1950 года. [ 11 ]

Механические человеческие источники

[ редактировать ]
Амортизаторы на мосту Миллениум в Лондоне. Белый диск не является частью демпфера.

Массы людей, поднимающихся и спускающихся по лестнице одновременно, или большое количество людей, топающих в унисон, могут вызвать серьезные проблемы в больших сооружениях, таких как стадионы, если в этих конструкциях отсутствуют меры по демпфированию.

Сила ветра, направленная против высоких зданий, может привести к тому, что верхушки небоскребов сдвинутся более чем на метр. Это движение может иметь форму покачивания или скручивания и может вызывать перемещение верхних этажей таких зданий. Определенные углы ветра и аэродинамические свойства здания могут усиливать движение и вызывать у людей укачивание . Для эффективной работы TMD обычно настраивается на резонансную частоту своего здания. Однако в течение срока службы высотные и узкие здания могут испытывать естественные изменения резонансной частоты под воздействием скорости ветра, температуры окружающей среды и изменений относительной влажности, а также других факторов, что требует надежной конструкции TMD.

Примеры зданий и сооружений с настроенными демпферами масс

[ редактировать ]
Австралия
  • Сиднейская башня в Сиднее, Австралия , имеет резервуар для воды, используемый для гашения колебаний от сильного ветра и, возможно, от землетрясений. «Проектирование и строительство Сиднейской башни» .
Канада
Китай
Чешская Республика
Тайвань
  • Небоскреб Тайбэй 101 — демпфер весом 660 метрических тонн (730 коротких тонн), ранее самый тяжелый в мире. [ 13 ] Расположены на 87-92 этажах.
Германия
Индия
Иран
Ирландия
  • Dublin Spire в Дублине, Ирландия — спроектирован с настроенным демпфером масс для обеспечения аэродинамической устойчивости во время штормового ветра.
Япония
Казахстан
Россия
Объединенные Арабские Эмираты
Великобритания
Соединенные Штаты

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ «Как Renault выиграла чемпионат мира, создав настроенный демпфер» . Moregoodink.com . Проверено 8 февраля 2019 г.
  2. ^ Бишоп, Мэтт (2006). «Длинное интервью: Флавио Бриаторе». F1 Racing (октябрь): 66–76.
  3. ^ «FIA запрещает спорную систему амортизаторов» . Питпасс.com. 21 июля 2006 года . Проверено 7 февраля 2010 г.
  4. ^ «Ян Линзельвиадук — настроенный демпфер массы» . Поточная инженерия . Проверено 3 августа 2022 г.
  5. ^ Хайнемейер, Кристоф; Бутц, Кристиана; Кейл, Андреас; Шлайх, Майк; Гольдбек, Арндт; Трометор, Стефан; Лукич, Младен; Шабролен, Бруно; Лемэр, Арман (1 октября 2009 г.). «Проектирование легких пешеходных мостов с учетом вибраций, вызываемых деятельностью человека» . Репозиторий публикаций JRC . Проверено 3 августа 2022 г.
  6. ^ Аккас, Каан; Баиндир, Джихан (13 октября 2023 г.). «Эффективное измерение вибрации плавучего волнолома и контролируемые параметры вибрации с помощью измерения сжатия» . Труды Института инженеров-механиков, Часть M: Журнал инженерии морской среды . дои : 10.1177/14750902231203777 . S2CID   264110144 . Проверено 14 октября 2023 г.
  7. ^ «Встречи Ares I Thrust Oscillation завершаются обнадеживающими данными и изменениями» . NASASpaceFlight.com . 09.12.2008 . Проверено 7 февраля 2010 г.
  8. ^ «Набор плана амортизатора для новой ракеты НАСА» . SPACE.com. 19 августа 2008 г. Проверено 7 февраля 2010 г.
  9. ^ Заутер, Д; Хагедорн, П. (декабрь 2002 г.). «О гистерезисе проволочных тросов в амортизаторах Стокбриджа». Международный журнал нелинейной механики . 37 (8): 1453–1459. Бибкод : 2002IJNLM..37.1453S . дои : 10.1016/S0020-7462(02)00028-8 . ИНИСТ   13772262 .
  10. ^ «Кабельные клепы – 27 октября 2007 г.» . Новый учёный . Архивировано из оригинала 5 мая 2008 года . Проверено 7 февраля 2010 г.
  11. ^ Райтерман, Роберт (2012). Землетрясения и инженеры: международная история . Рестон, Вирджиния: ASCE Press. ISBN  9780784410714 . Архивировано из оригинала 26 июля 2012 г.
  12. ^ Сиал . Шваха, Ростислав., Беран, Лукаш, 1978-, Художественный музей Оломоуца., Архитекторы и инженеры SIAL (фирма) (1-е изд.). Оломоуц: Arbor vitae. 2010.стр. 50–61. ISBN  9788087164419 . OCLC   677863682 . {{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  13. ^ taipei-101.com.tw
  14. ^ «Индия представляет «Статую Единства» — самую большую статую в мире» . Родился в семье инженера . 02.11.2018 . Проверено 1 апреля 2022 г. Два 250-тонных настроенных демпфера массы были размещены на уровне груди, чтобы контролировать раскачивание при сильном ветре.
  15. ^ «Статуя Единства | Сардар Патель | L&T» . 2019-03-23. Архивировано из оригинала 23 марта 2019 г. Проверено 1 апреля 2022 г. Чтобы остановить любое раскачивание такой высокой конструкции, были использованы два настроенных демпфера масс по 250 тонн каждый. {{cite web}}: CS1 maint: bot: исходный статус URL неизвестен ( ссылка )
  16. ^ ACS, Мэтью Аллард (24 ноября 2015 г.). «ЧАСОВНЯ ЛЕНТЫ» – через Vimeo.
  17. ^ Накамура, Хироши (4 февраля 2015 г.). «Часовня Ленты / Хироши Накамура и NAP Architects» . АрчДэйли . Проверено 15 февраля 2017 г.
  18. ^ Лука, Септимиу-Джордж; Пастиа, Кристиан; Чира, Флорентина (2007). «Недавние применения некоторых систем активного управления в инженерных сооружениях» . Вестник Ясского политехнического института, Строительство. Архитектурный раздел . 53 (1–2): 21–28.
  19. ^ «Сужение начинается, когда дом 111 по Западной 57-й улице достигает вершины высотой 1428 футов» . 18 апреля 2018 г.
  20. ^ Стюарт, Аарон. «Подробнее> 432 Парк Авеню» . Газета Архитектора . Архивировано из оригинала 4 марта 2016 года . Проверено 31 января 2016 г.
  21. ^ Петроски, Генри (1996). Изобретение по замыслу: как инженеры переходят от мысли к делу . Издательство Гарвардского университета . стр. 205–208 . ISBN  9780674463677 .
  22. ^ «Комкаст-Центр» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 февраля 2012 года . Проверено 7 февраля 2010 г.
  23. ^ Боб Фернандес (10 декабря 2014 г.). «Инженеры на подъеме: четверо молодых специалистов решают карьерный проект» . philly.com . Филадельфия Медиа Сеть (Цифровая), ООО. Архивировано из оригинала 22 ноября 2017 года . Проверено 3 декабря 2017 г.
  24. ^ Персонал (август 2011 г.) «One Madison Park, New York City» Веб-сайт Совета по высотным зданиям и городской среде обитания . Архивировано 28 января 2018 года в Wayback Machine .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3ede1f9348ac122ab9f74a68de5680a0__1714224240
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3e/a0/3ede1f9348ac122ab9f74a68de5680a0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Tuned mass damper - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)