Уфимский государственный нефтяной технический университет, каф. «Механика и конструирование машин» ВИБРОУДАРОЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ. НОВЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ СЕЙСМОЗАЩИТЫ. Зотов Алексей Николаевич СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ Система профессора Алабужева П.М. (1967 г.) Магнитные пружины Отрицательная жесткость Положительная жесткость Пневматические системы НАН НКА (Украина) 1 A. Карелла Силовые характеристики (INSTITUTE OF SOUND AND VIBRATION RESEARCH) Тросовые виброизоляторы 2 Автомобиль, имеющий подвеску с квазинулевой жесткостью Бронеавтомобиль (Харьков, Украина) Пневмогидравлические подвески автомобиля 3 Спектральные плотности вертикальных виброускорений кузова автомобиля S zg V=45 км/ч По булыжно-асфальтовой дороге V=120 км/ч Асфальтно-бетонная дорога 4 СУЩЕСТВУЮЩИЕ УДАРОЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ 14 10 в атмосферу 3 9 от компрессора 6 2 13 5 A P1 B S2 P2 11 1 7 4 S1 C 8 12 ПНЕВМОАМОРТИЗАТОР АВЕРЬЯНОВА Г.С. Поглощающий аппарат при сцепке вагонов Гравитационный подшипник („Earthquake Protection Systems” - California) Силовые характеристики 5 Тросовые виброизоляторы 6 СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АМОРТИЗАТОРА ШАССИ В масштабе энергия, рассеиваемая амортизатором шасси на прямом и обратном ходе выражается в некотором масштабе площадью ABCD 7 Примеры разработок иностранных фирм 8 Сейсмозащита трубопроводов 9 Предложение Рутмана Ю.Л. Грузоподъемность 1500 т 10 В справочнике «Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т. / Ред. совет: В.Н. Челомей. - М.; Машиностроение, 1979. – Т. 2. Колебания нелинейных механических систем / Под ред. И.И. Блехмана. 1979. 351 с.» есть такая таблица: 11 c 2 П ( L0 2 f ( x)) 2 Сила с которой система сопротивляется смещению пружины П ( х) F ( x ) ( ) 2 c f ( x) (2 f ( x) L0 ) х П ( х) х (1) 12 F ( x) 2 c f ( x) (2 f ( x) L0 ) (1) x F ( x) 4c f ( x) 2 dx (2) 0 Дифференцируя (1) по х имеем: 2 F ( x) 4c f ( x) 4cf ( x) ( f ( x) L0 / 2) (3) Дифференцирование (2) по х дает: F ( x) 4c f ( x) 2 Формулы (3) и (4) совпадают только если (4) f ( x) 0 когда f(x) – линейная функция 13 УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ И ПЕТЛЯМИ ГИСТЕРЕЗИСА ЗА СЧЕТ СУХОЙ СИЛЫ ТРЕНИЯ 14 Контактные напряжения . PE 45000 2.1 1011 max 0.418 0.418 91 МПа lR 0.5 0.4 Сталь, например, может безопасно выдержать 2 давления, порядка 35000 40000 кг / см 4000 МПа 15 СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ИЗ ДВУХ ПАР УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ а) б) в) г) 16 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТАРЕЛЬЧАТЫХ ПРУЖИН ПРИ РАЗЛИЧНЫХ Z (z=f/s) 17 СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ С ПРЯМОУГОЛЬНЫМИ ПЕТЛЯМИ ГИСТЕРЕЗИСА 18 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ В КАЧЕСТВЕ ПОДВЕСКИ АВТОМОБИЛЯ var 19 ВОЗРАСТАНИЕ ВИБРОУСКОРЕНИЙ КУЗОВА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ 20 ПОДВЕСКА ЖЕСТКОГО ВАЛА НА ПРУЖИНАХ С КВАЗИНУЛЕВОЙ (МАЛОЙ) ЖЕСТКОСТЬЮ Пановко Я. Г. «Основы прикладной теории колебаний и удара» - Л.: Политехника, 1990. - 272 с, с. 140 - 142. Equations of the motion of the rotor‘s centre mass С: y=Acos(wt); 2 w A e(1 2 w 2 ) ; B e(1 1 p1 1 ) 2 p2 где IF с1 0, c2 0, THEN SO А 0 и В 0 z=Bsin(wt) p12 c1 / m; p22 c2 / m p1 0 и p2 0, 21 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЖЕСТКОГО РОТОРА Пановко Я. Г. «Основы прикладной теории колебаний и удара» - Л.: Политехника, 1990. - 272 с, с. 140 - 142. 2 2 2 c a c b c c c c l 2 2 кр4 кр2 ( 1 1 ) 1 2 0 Ix Iz m m (I x I z ) с1 c2 0 кр 0 22 ЗАЩИТА ОТ УДАРОВ m x (q F* ) sign( x) sign( x) F* x0 0; x0 Vo 23 Зависимости координаты от времени при различных q 24 ВРЕМЯ ЗАТУХАНИЯ ( R q F* ) аналитическое решение численное решение m 500 kg; F* 500 N ; 1 V0 3 m / c; 2 V0 2 m / c; 3 V0 1 m / c; q* 0.786 25 СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА "С ЗАЗОРОМ" m xI,IV ,V ,VIII 0 m xII ,VI F* (1 q) ,VII F* (1 q ) m xIII m x ((( q F* ) thk ( Absx x* ) (q F* )) / 2) sign( x) (( F* thk ( Absx x* ) F* ) / 2) sign( x) 0. x0 0; x0 Vo 26 Зависимость перемещения от времени после удара для силовой характеристики с участком нулевой жесткости (численное решение уравнения) m 500 кг; F* 500 H ; V0 1 м / с 27 28 Я. Г. Пановко «Введение в теорию механических колебаний», М.: Наука, 1991 m С 29 СРАВНЕНИЕ ДВУХ СИСТЕМ h = 0.3 м 0.3 m = 1000 кг F* 4200 H q 0.8 c 50000 H / м 4900 H с / м m x (q F* ) signx F* signx m h 2 V 2 e V t 2 2 V t m x c x m h V e x 30 Зависимость координаты и силы, передаваемой на объект от времени 31 СИСТЕМА С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ, СОСТОЯЩАЯ ИЗ ПРУЖИНЫ, ПЕРЕМЕЩАЮЩЕЙСЯ МЕЖДУ ДВУМЯ НАПРАВЛЯЮЩИМИ ЗАДАННОЙ ФОРМЫ с = 16000 H/м m = 1 кг 32 33 ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ДЛЯ СЕЙСМОЗАЩИТЫ 34 ПРЕЛАГАЕМЫЕ СИСТЕМЫ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ГРАВИТАЦИИ 35 ПРЕДЛАГАЕМЫЕ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОЙ ГРАВИТАЦИИ 36 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ АЭРОФИНИШЕРА m V02 FТ торм Fm ( торм x* ) 2 t * 0.2 0.5 c m V02 ( FТ торм) Fm 2 k mg ( торм х* ) mg При m 25000 кг ; V0 240 1000 / 3600 м / c; торм 87 м; FT 9000 g ; t* 0.5 c; (было 4.9) получим k 3.56 . 37 СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 1 – существующие луки и арбалеты; 2 – луки и арбалеты с полиспастной системой; 3 – предлагаемая система с направляющими 38 СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ