Вибропоглощающая конструкция Советский патент 1985 года по МПК F16F13/00 F16F7/04 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к технике борьбы с вибрацией инженерных конструкций. Известна вибропоглощающая конструкция , представляющая собой стальную полосу с нанесенным на нее жест ким полимерным вибропоглощающим покрытием толщиной, в 2,5 раза превышающей толщину полосы, армированным тонкой стальной полосой. При этом армирующая полоса расчленена на оди наковые участки оптимальной протяженности. Данная конструкция в обла ти низких и средних частот обладает достаточным коэффициентом потерь вследствие появления сдвиговых деформаций в покрытии 1) , Недостатком такой конструкции яв ляется ограниченное пространственно затухание распространяющейся в ней изгибной волны в. областях низких и средних частот. Наиболее близкой по технической суищости к изобретению является виб ропоглощающая конструкция, содержащая металлическое основание в виде стержня или полосы прямоугольного сеЧения и нанесенное на одну из его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, в 2... 3 раза превышающей толщину основания r2j . Недостатком такой конструкции яв ляется уменьшение пространственного затухания изгибной волны в области низких и средних частот (ниже часто ты основного резонанса сдвиговых волн по толщине, слоя покрытия).. Ограниченная эффективность рассмо ренных вибропоглощающих конструкций обусловлена тем, что затухание изгибной волны в конструкции всецел определяется величиной энергии виб раций, поглощаемой в покрытии, а также тем, что поглощение этой энер гии покрытием в области низких и средних частот ограничено вследстви квазистатического характера деформа ции покрытия. Цель изобретения - увеличение пространственного затухания вибрации в основании на низких и средних частотах. Указанная цель достигается тем, что в вибропоглощающей конструкции, содержащей металлическое основание в виде стержня или полосы прямоугол ного сечеиня и нанесенное на одну из его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, превышающей толщину основания, покрытие разделено на участки одинаковой протяженности, часть .из которых однородны и жестко скреплены с основанием, а в чередующихся с ними выполнены параллельные основанию прорези, высота каждой из которых выбрана равной (2,5...3,2) D, гле D.- протяженность участка, м. На фиг. изображена вибропоглощающая конструкция; на фиг.2 - прост-;ранственное распределение уровня амплитуды изгибной волны на частоте основного максимума затухания (500 Гц) вдоль металлической полосы, являющейся основанием вибропоглощающей конструкции, источник вибрации, расположен в точке X 0; на фиг.З частотная характеристика величины погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в конструкции; на ; фиг.4 - влияние числа слоев п расчле4ненной части покрытия на величину погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в конструкции; на фиг.5 - частотные характеристики величины погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в коиструкци;1 в случаях, когда слои в расчлененной части покрытия отличаются друг от друга по толщине или же каждая из зон - по протяженности; на фиг.6 - влияние величины зазора д , отделяющего слои покрытия друг от друга и от основания, на эффективность вибропоглощающей конструкции. Вибропоглощающая конструкция сос,тоит из металлического основания 1.и нанесенного на одну из его поверхностей непрерывно протяженного полимерного вибропоглощатощего покрытия 2, выполненного в виде зон 2а протяженностью D, где покрытие однородно и прочно скреплено (склеено) с основанием, чередующихся с зонами 26 такой же протяженности, где покрытие разделено на п 3...5 слоев одинаковой толщины, не скрепленных между собой и с основанием. Конструкция работает следующим образом. Изгибная волна частоты f, распространяясь по металлическому основанию 1, вызывает соответствуюпще. деформации покрытия 2, вследствие чего энергия волнового процесса рас ределяется между основанием и покры тием. Двигаясь вдоль зоны 2а, где покрытие однородно и прочно скрепле но с основанием изгибная волна в основании и в покрытии распространяется с одинаковой фазовой скоростью, а деформации основания и по крытия происходят синфазно. Этот участок .конструкции работает так же как и прототип f2j,обладая одинаковыми С ним потерями внутренней энергии. При прохождении.волной зоны конструкции 26, где покрытие не скрепл но с, основанием, волновой процесс вследствие разобщенности основания и покрытия разделяется на изгибную волну, распространяющуюся вдоль основания, и волну,.распространяющуюс вдоль покрытия. Из-за различия изгибных жесткостей основания и покры тия эти волны распространяются с различными скоростями -где Е, н/м и р, кг/м ; Е, и р |модули Юнга и плотности основания и покр14тия; tt О-ПЩИ основания и покрытия; п - число слоев в рас члененной части покрытия; &CM высота прорези; f - частота вибрации Высота прорези и мала по сравнению с толщиной каждого из слоев покрытия (n4/h 2 « 1) , поэтому величи ну А можно не учитывать при расчете фазовой скорости распространения нагибных волн в слоях покрытия. Различие скоростей приводит к появлению разности фаз волн, распространяющихся по покрытию и основанию, составлякщейCf- 2- d- - i-) X, (2) ь -i где X - пробег волн вдоль зоны конструкции (покрытие отделено от основания). При противофазном сложении волн ((f,ir) в конце этой зоны происходиум еньшение амплитуды изгибной волны, распространяющейся вдоль конструкции В результате появится основной максимум погонного затухания вибрации, распространяющейся вдоль конструкции. Расстояние D, необходимое для противофазного сложения волн на требуемой частоте f с учетом соотношений (1) и (2) составляет Т D Сложение волн при X D, приводящее к их взаимному ослаблению, происходит в диапазоне S/AlT Cp S/A . Это условие определяет ширину основного максимума затухания (область частот положительного эффекта предлагаемой конструкции по сравнению с прототийом). При покрытии, неразделенном на слои (п 1), фазовая скорость изгибной волны в нем близка к скорости в основании, вследствие чего расстояние D, требуемое для противофазного сложения волн, станет намного больше длины волны. Это приводит к существенному ослаблению деформаций покрытия, отделенного от основания, в области низких частот и пропорциональному уменьшению величины погонного затухания. Для сокращения расстояния D требуется уменьшить фазовую скорость С изгибной волны в покрытии, что достигается разделением покрытия на одинаковые слои, параллельные основанию и не скрепленные между собой. Однако большое количество слоев (п 5...6) также нежелательно, поскольку изгибная жесткость суммы разобщенных между собой слоев покрытия становится существенно меньше изгибной жесткости сплошного слоя. В зтом случае поглощение энергии вибрации в области низких частот буД невелико. Как показал эксперимент, оптимальное число слоев составляет 3...5. Отдельные слои покрытия толщиной и протяженностью D представляют собой стержни (полоски) свысокими внутренними потерями, зажатые по краям. Изгибные резонансы таких стержней, возникающие при изменении фазы на их длине, равной Cf «73; 7,85; 10,99 и ш Т (при m 4), сопровождаются существенным поглощением энергии колебаний, приводящим к возрастанию величины пространственного затухания вибрации вдоль стержня. Это приводит к образованию дополнительных резонансных максимумов пространственного затухания, расположенных на частотах

где п - коэффициент потерь материала .покрытия,

а также выражения (3).для частоты f, основного резонанса слоев покрытия, при которой амплитуда колебания слоев наибольшая, получается струкция настроена на частоту„основного максимума, составляющего 1,5 кГц. Применение вибропоглощающей конструкции дает увеличение погонного затухания вибрации в окрестности час тот основного и дополнительных макси мумов затухания в среднем на 8-10 дБ по сравнению с базовым объектом, представляющим собой вибропоглощающую конструкцию, включающую однородное покрытие того же веса, На фиг. 4 кривая 1 представляет частотную характеристику погонного затухания уровня амплитуды изгибной волны в .конструкции при числе слоев п 4 в расчлененной части покрытия кривая 2 - при п 2; кривая 3 - при п 8, Уменьшение или увеличение числа слоев по сравнению с оптимальным (п 3,..5) приводит к падению эффективности покрытия в области низ ких частот. На фиг, 5 кривая 1 соответствует (Предлагаемой.конструкции, настроенг ной на частоту основного максимзт а затухания f 500 Гц; кривые 2 и 3 получены в случаях, когда оси в расчлененной части покрытия отличаются друг от друга по толщине или же когда 1 28 толщина слоев одинакова, но различна протяженность каждой из зон покрытия. Вследствие этого элементы настроены на несколько различающиеся частоты/ что приводит к с.глаживанию частотной характеристики величины погонного затухания. Однако зффект покрытия на частотах основного и дополнительного максимума затухания существенно уменьшается из-за разобщенного действия каждого из слоев покрытия . На фиг. 6 кривая 1 соответствует конструкции, настроенной на частоту основного максимума затухания f 500 Гц; кривые 2 и 3 получены в случаях, когда слои в расчлененной части покрытия отделены друг от друга и от основания зазорами меньшей или большей толщины по сравнению с рекомендуемой. Падение эффективности конструкции при уменьшении толщины зазоров можно объяснить уменьшением амплитуды колебания слоев (из-за их соударения) по сравнению с резонансной. При увеличении толщины зазоров по сравнению с рекомендуемой эффективность падает из-за.уменьшения общей толщины покрытия.

ВИБРОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОрСТРУКЦИЯ, содержащая металлическое основание в виде стержня или полосы пря моугольного сечения и нанесенное на одну из его поверхностей полимерное вибропоглощающее покрытие постоянной толщины, превышб ощей толщину ocHoiaaния, отличающаяся тем, что, с целью увеличения пространственного затухания вибрации в основании на низких и средних частотах, покрытие разделено на участки одинаКОБОЙ протяженности, часть из которых однородны и жестко скреплены с основанием, а в чередующихся с ними выполнены параллельные основанию прорези, высота- каждой из которых выбрана равной

0.2 0,и 0,6 О.д .0 а f.

дс/у

X

N /

/

Фиг2

0,2 Ц 0,60

2 кГц

iPcfS,S