ВИБРОУДАРОЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ. НОВЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ СЕЙСМОЗАЩИТЫ.

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 zg
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
.
PE
45000  2.1 1011
 max  0.418 
 0.418 
 91 МПа
lR
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  xI,IV ,V ,VIII  0
m  xII ,VI   F*  (1  q)
 ,VII   F*  (1  q )
m  xIII
m  x  ((( q  F* )  thk  ( Absx   x* )  (q  F* )) / 2)  sign( x) 
 (( F*  thk  ( Absx   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* )  signx  F*  signx  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