Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для песни музыкального исполнителя El-P см. Fantastic Damage .
Настроенный массовый демпфер на крыше Taipei 101

Инерционный демпфер ( ТВДА ), также известный как гармонический поглотитель или сейсмический демпфер , представляет собой устройство , установленным в структурах , чтобы уменьшить амплитуду механических колебаний , который состоит из массы , который установлен на одном или несколько затухающих пружинах. Частота колебаний массы настраивается так, чтобы она была подобна резонансной частоте объекта, к которому они прикреплены. Демпферы настроенной массы используются для уменьшения максимальной амплитуды объекта, при этом вес намного меньше его.

Их применение может предотвратить дискомфорт, повреждение или полное разрушение конструкции . Они часто используются в передаче энергии, автомобилях и зданиях.

Принцип [ править ]

Схема простой системы пружина-масса-демпфер, используемая для демонстрации настроенной системы демпфирования массы.

Настроенные демпферы массы стабилизируют резкое движение, вызванное гармонической вибрацией . Настроенный демпфер снижает вибрацию системы с помощью сравнительно легкого компонента, поэтому вибрации в худшем случае становятся менее интенсивными. Грубо говоря, практические системы настроены либо на отвод основной моды от тревожной частоты возбуждения, либо на добавление демпфирования к резонансу, который сложно или дорого гасить напрямую. Примером последнего является гаситель крутильных колебаний коленчатого вала. Массовые амортизаторы часто реализуются с фрикционным или гидравлическим компонентом, который преобразует механическую кинетическую энергию в тепло, как автомобильный амортизатор .

Для двигателя массой m 1, прикрепленного к земле с помощью опор двигателя, двигатель вибрирует во время работы, а мягкие опоры двигателя действуют как параллельная пружина и демпфер, k 1 и c 1 . Усилие на опорах двигателя F 0 . Чтобы уменьшить максимальное усилие на опорах двигателя, когда двигатель работает в диапазоне скоростей, меньшая масса, m 2 , соединяется с m 1 пружиной и демпфером k 2 и c 2 . F 1 - эффективная сила, действующая на двигатель в результате его работы.

Отклик системы, возбужденной одной единицей силы, с ( красный ) и без ( синий ) 10% настроенной массы. Пиковая характеристика снижена с 9 до 5,5 единиц. Хотя максимальная сила отклика снижается, существуют некоторые рабочие частоты, для которых сила отклика увеличивается.

На графике показано влияние настроенного демпфера массы на простую систему пружина-масса-демпфер, возбуждаемая колебаниями с амплитудой одной единицы силы, приложенной к основной массе, м 1 . Важным показателем производительности является отношение силы, действующей на опоры двигателя, к силе, вызывающей вибрацию двигателя.F 0/F 1. Это предполагает, что система является линейной, поэтому, если сила, действующая на двигатель, удвоится, увеличится и сила на опорах двигателя. Синяя линия представляет базовую систему с максимальным откликом в 9 единиц силы при примерно 9 единицах частоты. Красная линия показывает эффект добавления настроенной массы в размере 10% от базовой массы. Он имеет максимальный отклик 5,5 при частоте 7. В качестве побочного эффекта он также имеет второй нормальный режим и будет вибрировать несколько больше, чем базовая система, на частотах ниже примерно 6 и выше примерно 10.

Высоту двух выступов можно регулировать, изменяя жесткость пружины настроенного демпфера. Изменение демпфирования также изменяет сложным образом высоту пиков. Расстояние между двумя выступами можно изменить, изменив массу демпфера ( м 2 ).

Бод смещений в системе с ( красным цветом ) и без ( голубой ) 10% настроенной массы.

Боде является более сложным, показывающими фазами и величину движения каждой массы, за исключением двух случаев, по отношению к F 1 .

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

Массовые амортизаторы в автомобилях [ править ]

Автоспорт [ править ]

Настроенный массовый демпфер был представлен Renault как часть системы подвески на своем автомобиле F1 2005 года ( Renault R25 ) на Гран-при Бразилии 2005 года . Система была изобретена доктором Робином Тулуи, и, как сообщается, она сократила время круга на 0,3 секунды: феноменальный выигрыш для относительно простого устройства. [1] Стюарды встречи сочли это законным, но FIA обжаловала это решение.

Две недели спустя Международный апелляционный суд FIA признал массовый демпфер незаконным. [2] [3] Это было сочтено незаконным, потому что масса не была жестко прикреплена к шасси и из-за влияния, которое она оказывала на наклон автомобиля, что, в свою очередь, значительно повлияло на зазор под автомобилем и следовательно, наземные эффекты автомобиля являются подвижным аэродинамическим устройством и, следовательно, незаконно влияют на характеристики аэродинамики .

Серийные автомобили [ править ]

Амортизаторы с настроенной массой широко используются в серийных автомобилях, обычно на шкиве коленчатого вала для управления крутильными колебаниями и, реже, режимами изгиба коленчатого вала. Они также используются на трансмиссии для взбивания передач и в других местах для устранения других шумов или вибраций в выхлопе, корпусе, подвеске или где-либо еще. Почти все современные автомобили будут иметь один массовый демпфер, а у некоторых их может быть десять и более.

Обычная конструкция демпфера на коленчатом валу состоит из тонкой резины между ступицей шкива и внешним ободом. Это устройство, часто называемое демпфером гармоник , расположено на другом конце коленчатого вала, противоположном маховику и трансмиссии. Альтернативной конструкцией является центробежный маятниковый амортизатор, который используется для уменьшения крутильных колебаний двигателя внутреннего сгорания на некоторых современных автомобилях.

Все четыре колеса Citroën 2CV включали настроенный массовый демпфер (называемый «Batteur» на оригинальном французском языке) очень похожей конструкции на тот, который использовался в автомобиле Renault F1, с начала производства в 1949 году на всех четырех колесах. до того, как в середине 1970-х были сняты задние и, наконец, передние колеса.

Массовые демпферы в космических кораблях [ править ]

Одно из предложений по снижению вибрации твердотопливного ускорителя НАСА Ares заключалось в использовании 16 настроенных демпферов массы в рамках стратегии проектирования по снижению пиковых нагрузок с 6 г до 0,25 г , при этом TMD отвечают за снижение с 1 г до 0,25 г , остальное делается с помощью обычных виброизоляторов между верхними ступенями и усилителем. [4] [5]

Спин-стабилизированные спутники имеют развитие нутации на определенных частотах. Вихретоковые демпферы нутации установлены на спутниках со стабилизированным вращением, чтобы уменьшить и стабилизировать нутацию.

Демпферы в ЛЭП [ править ]

Маленькие черные объекты, прикрепленные к кабелям, представляют собой амортизаторы Стокбриджа на этой линии электропередачи 400 кВ возле Касл Комб , Англия.

Линии высокого напряжения часто имеют небольшие демпферы Стокбриджа в форме штанги, свисающие с тросов, чтобы уменьшить высокочастотные колебания с низкой амплитудой, называемые флаттером . [6] [7]

Демпферы в ветряных турбинах [ править ]

Стандартный демпфер настроенной массы для ветряных турбин состоит из вспомогательной массы, которая прикреплена к основной конструкции с помощью пружин и элементов демпфера. Собственная частота настроенного демпфера в основном определяется его жесткостью пружины и коэффициентом демпфирования, определяемым демпфером. Настроенный параметр настроенного демпфера массы позволяет вспомогательной массе колебаться со сдвигом фазы относительно движения конструкции. В типичной конфигурации вспомогательная масса висела под гондолой ветряной турбины, поддерживаемой амортизаторами или фрикционными пластинами.

Амортизаторы в зданиях и родственных конструкциях [ править ]

Расположение самого большого настраиваемого демпфера Taipei 101

Обычно демпферы представляют собой огромные бетонные блоки или стальные корпуса, установленные в небоскребах или других конструкциях и перемещаемые против колебаний резонансной частоты конструкции с помощью пружин , жидкости или маятников.

Источники вибрации и резонанса [ править ]

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

Землетрясения [ править ]

Эти сейсмические волны , вызванные землетрясением сделают здания господствовали 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 . Для повышения сейсмических характеристик здания выполняется надлежащее проектирование здания с использованием различных средств контроля сейсмической вибрации.технологии. Как упоминалось выше, демпфирующие устройства использовались в авиационной и автомобильной промышленности задолго до того, как они стали стандартом для снижения сейсмических повреждений зданий. Фактически, первые специализированные демпфирующие устройства для землетрясений не были разработаны до конца 1950 года [8].

Механические человеческие источники [ править ]

Демпферы на мосту Миллениум в Лондоне. Белый диск не является частью демпфера.

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

Ветер [ править ]

Сила ветра, направленная против высоких зданий, может заставить верхнюю часть небоскребов сдвинуться более чем на метр. Это движение может иметь форму покачивания или скручивания, а также может вызывать движение верхних этажей таких зданий. Определенные углы ветра и аэродинамические свойства здания могут усиливать движение и вызывать у людей укачивание . TMD обычно настраивается на частоту определенного здания для эффективной работы. Однако в течение срока службы высотные и тонкие здания могут испытывать изменения собственной частоты под воздействием скорости ветра, колебаний температуры окружающей среды и относительной влажности, среди других факторов, что требует надежной конструкции TMD. [9]

Примеры зданий и сооружений с настроенными демпферами массы [ править ]

Канада [ править ]

  • One Wall Center в Ванкувере - использует настроенные демпферы столба жидкости, уникальную форму настроенного демпфера массы во время их установки.
  • Си-Эн Тауэр (Канадская национальная башня) в Торонто .

Китай [ править ]

  • Шанхайская башня в Шанхае, Китай, является вторым по высоте зданием в мире.
  • Шанхайский всемирный финансовый центр в Шанхае, Китай

Германия [ править ]

  • Берлинская телебашня ( Fernsehturm ) - настроенный массовый демпфер, расположенный в шпиле.
  • Передатчик СНЧ DHO38 - цилиндрические емкости, заполненные гранулятом в конструкции мачты

Индия [ править ]

  • Башня УВД в аэропорту Дели в Нью-Дели, Индия - настроенный амортизатор массой 50 тонн, установленный прямо под полом УВД на высоте 90 м.
  • Статуя Единства в Гуджарате , Индия - настроенный глушитель массой 400 тонн, расположенный на уровне груди статуи Сардара Пателя.

Иран [ править ]

  • Тегеранская международная башня

Ирландия [ править ]

  • Dublin Spire в Дублине, Ирландия - спроектирован с настроенным демпфером массы для обеспечения аэродинамической стабильности во время урагана.

Япония [ править ]

  • Мост Акаси Кайкё между Хонсю и Сикоку в Японии, который в настоящее время является самым длинным подвесным мостом в мире, использует маятники в своих подвесных башнях в качестве настроенных массовых демпферов.
  • Ribbon Chapel [10] в Хиросиме, Япония, использует TMD для гашения вибраций в двух переплетенных винтовых лестницах. [11]
  • Tokyo Skytree
  • Достопримечательность Йокогамы Башня [12]
  • Башня порта Тиба, Япония

Россия [ править ]

  • Сахалин-I - морская буровая платформа

Тайвань [ править ]

  • Небоскреб Taipei 101 - содержит самые большие и самые тяжелые в мире настроенные демпферы массой 660 метрических тонн (730 коротких тонн). [13]

Объединенные Арабские Эмираты [ править ]

  • Бурдж аль-Араб в Дубае - 11 настроенных массовых глушителей.
  • Бурдж-Халифа в Дубае

Соединенное Королевство [ править ]

  • Лондонский мост Миллениум - прозвали «Шатким мостом» из-за того, что он раскачивается из-за интенсивного пешеходного движения. В ответ были установлены амортизаторы.
  • Площадь One Canada Square - до возведения Осколка в 2012 году это было самое высокое здание в Великобритании .

Соединенные Штаты [ править ]

  • 432 Парк-авеню в Нью-Йорке [14]
  • От Балли до Белладжио , от Балли до дворца Цезарь и от острова сокровищ до венецианских пешеходных мостов в Лас-Вегасе
  • Bloomberg Tower / 731 Lexington в Нью-Йорке
  • Центр Citigroup в Нью-Йорке - спроектированный Уильямом Лемессурье и завершенный в 1977 году, это был один из первых небоскребов, в котором использовался настроенный демпфер для уменьшения раскачивания. [15] Использует конкретную версию.
  • Центр Comcast в Филадельфии - содержит самый большой в мире настраиваемый демпфер жидкой колонны (TLCD) весом 1300 тонн. [16]
  • Технологический центр Comcast в Филадельфии - набор из пяти настроенных демпферов, содержащих 125 000 галлонов воды - около 500 тонн - расположен на 57-м этаже между номерами отеля и вестибюлем. [17]
  • Гранд-Каньон Скайуок , Аризона
  • Башня Хэнкока в Бостоне - после постройки к ней был добавлен настроенный массовый демпфер, что сделало его первым зданием, в котором использовался настроенный массовый демпфер.
  • Один Мэдисон в Нью-Йорке [18]
  • Южная башня One Rincon Hill , Сан-Франциско - первое здание в Калифорнии с жидкостным демпфером массы
  • Park Tower в Чикаго - первое здание в Соединенных Штатах, которое с самого начала проектировалось с настроенным демпфером.
  • Random House Tower - использует две заполненные жидкостью заслонки в Нью-Йорке.
  • Тематическое здание в международном аэропорту Лос-Анджелеса Лос-Анджелес
  • Башня мира Трампа в Нью-Йорке

См. Также [ править ]

  • Антирезонанс

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Как Renault выиграл чемпионат мира, создав настроенный глушитель массы" . Moregoodink.com . Проверено 8 февраля 2019 .
  2. Перейти ↑ Bishop, Matt (2006). «Длинное интервью: Флавио Бриаторе». F1 Racing (октябрь): 66–76.
  3. ^ «FIA запрещает спорную систему амортизаторов» . Pitpass.com . Проверено 7 февраля 2010 .
  4. ^ «Встречи Ares I Thrust Oscillation завершаются обнадеживающими данными, изменениями» . NASASpaceFlight.com . 2008-12-09 . Проверено 7 февраля 2010 .
  5. ^ "План установки амортизатора для новой ракеты НАСА" . SPACE.com. 2008-08-19 . Проверено 7 февраля 2010 .
  6. ^ Sauter, D; Хагедорн, П. (декабрь 2002 г.). «О гистерезисе тросов в амортизаторах Стокбриджа». Международный журнал нелинейной механики . 37 (8): 1453–1459. Bibcode : 2002IJNLM..37.1453S . DOI : 10.1016 / S0020-7462 (02) 00028-8 . ИНИСТ : 13772262 .
  7. ^ «Кабель цепляется - 27 октября 2007 г.» . Новый ученый . Архивировано из оригинала 5 мая 2008 года . Проверено 7 февраля 2010 .
  8. ^ Райтерман, Роберт (2012). Землетрясения и инженеры: международная история . Рестон, Вирджиния: ASCE Press. ISBN 9780784410714. Архивировано из оригинала на 2012-07-26.
  9. ^ Aly, Aly Mousaad (25 июня 2014). «Предлагаемый прочный настроенный демпфер массы для смягчения реакции в зданиях, подверженных разнонаправленному ветру». Конструктивное проектирование высотных и специальных зданий . 23 (9): 664–691. DOI : 10.1002 / tal.1068 .
  10. ^ ЛЕНТОЧНАЯ ЧАСОВНИНА на Vimeo
  11. ↑ Накамура, Хироши (4 февраля 2015 г.). «Ленточная часовня / Хироши Накамура и архитекторы NAP» . ArchDaily . Проверено 15 февраля 2017 .
  12. ^ Лука, Септимиу-Джордж; Пастия, Кристиан; Чира, Флорентина (2007). «Недавнее применение некоторых активных систем управления в строительных конструкциях» . Вестник Ясского политехнического института, Строительство. Секция архитектуры . 53 (1–2): 21–28.
  13. ^ taipei-101.com.tw
  14. ^ Стюарт, Аарон. «Подробно> 432 Park Avenue» . Газета архитектора . Проверено 31 января 2016 года .
  15. ^ Петроски, Генри (1996). Изобретение замыслом: как инженеры переходят от мысли к делу . Издательство Гарвардского университета . С.  205–208 .
  16. ^ "Центр Comcast" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 февраля 2012 года . Проверено 7 февраля 2010 .
  17. ↑ Боб Фернандес (10 декабря 2014 г.). «Инженеры на подъеме: четыре молодых специалиста берутся за карьерный проект» . philly.com . Philadelphia Media Network (Digital), LLC. Архивировано 22 ноября 2017 года . Проверено 3 декабря 2017 года .
  18. ^ 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 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Конструкции с настроенными демпферами массы