Уфимский государственный нефтяной технический университет, каф. «Механика и конструирование машин»

Зотов Алексей Николаевич

ВИБРОУДАРОЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ.

НОВЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ СЕЙСМОЗАЩИТЫ.

СУЩЕСТВУЮЩИЕ СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ

Система профессора Алабужева П.М. (1967 г.)

Магнитные пружины

1

Пневматические системы НАН НКА (Украина)

Отрицательнаяжесткость

Положительнаяжесткость

2

A.Карелла (INSTITUTE OF SOUND

AND VIBRATION RESEARCH)

Тросовые виброизоляторы

Силовые характеристики

Автомобиль, имеющий подвеску с квазинулевой жесткостью

3

Бронеавтомобиль (Харьков, Украина)

Пневмогидравлические подвески автомобиля

4

V=45 км/ч V=120 км/ч

По булыжно-асфальтовой дороге

Спектральные плотности вертикальных виброускорений кузова автомобиля

gzS

Асфальтно-бетонная дорога

СУЩЕСТВУЮЩИЕ УДАРОЗАЩИТНЫЕ СИСТЕМЫ

Силовые характеристики

5

Гравитационный подшипник

(„Earthquake Protection Systems” - California)

ПНЕВМОАМОРТИЗАТОР АВЕРЬЯНОВА Г.С.

Поглощающий аппарат

при сцепке вагонов

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

9

Сейсмозащита трубопроводов

Грузоподъемность 1500 т

Предложение Рутмана Ю.Л.

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

Сила с которой система сопротивляется смещению пружины х

хП

)(

20 ))(2(

2xfL

cП

12)1())(2()(2))(

()( 0Lxfxfcх

хПxF

)1())(2()(2)( 0LxfxfcxF

)2()(4)(0

2 x

dxxfcxF

)3()2/)(()(4)(4)( 02 LxfxfcxfcxF

13

Дифференцирование (2) по х дает:

Дифференцируя (1) по х имеем:

)4()(4)( 2xfcxF Формулы (3) и (4) совпадают только если 0)( xf

когда f(x) – линейная функция

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛОВОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ И ПЕТЛЯМИ ГИСТЕРЕЗИСА ЗА СЧЕТ

СУХОЙ СИЛЫ ТРЕНИЯ

14

Контактные напряжения

МПаRl

EP91

4.05.0

101.245000418.0418.0

11

max

.

Сталь, например, может безопасно выдержать давления, порядка МПасмкг 4000/4000035000 2

.

15

СИСТЕМЫ С КВАЗИНУЛЕВОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ИЗ ДВУХ ПАР УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ

б)

в)

а)

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

19

var

ВОЗРАСТАНИЕ ВИБРОУСКОРЕНИЙ КУЗОВА ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ СКОРОСТИ АВТОМОБИЛЯ

20

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); z=Bsin(wt)

122

2121

2)1(;)1(

pweB

pweA mcpmcp /;/ 2

221

21 где

00

,00,0,0 2121

ВиАSO

pиpTHENcсIF

ПОДВЕСКА ЖЕСТКОГО ВАЛА НА ПРУЖИНАХ С КВАЗИНУЛЕВОЙ (МАЛОЙ) ЖЕСТКОСТЬЮ

21

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЖЕСТКОГО РОТОРА

Пановко Я. Г. «Основы прикладной теории колебаний и удара» - Л.: Политехника, 1990. - 272 с, с. 140 - 142.

0)(

)(2

21212

22

124

zxzxкркр IIm

lcc

m

cc

II

bcac

021 cс 0кр22

ЗАЩИТА ОТ УДАРОВ

23

** )()()( FxsignxsignFqxm

oVxx 00 ;0

24

Зависимости координаты от времени при различных q

ВРЕМЯ ЗАТУХАНИЯ ( ) *FqR

786.0;/13;/22

;/31;500;500

*00

0*

qcmVcmV

cmVNFkgm

25

аналитическое решение

численное решение

26oVxx 00 ;0

0,,, VIIIVIVIxm

)1(*, qFxm VIII

)1(*, qFxm VIIIII

.0)()2/))(((

)()2/))()()(((

***

***

xsignFxxAbskthF

xsignFqxxAbskthFqxm

СИЛОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА "С ЗАЗОРОМ"

Зависимость перемещения от времени после удара для силовой характеристики с участком нулевой жесткости

(численное решение уравнения)

27

смVHFкгm /1;500;500 0*

28

Я. Г. Пановко «Введение в теорию механических колебаний», М.: Наука, 1991

29

С

m

h = 0.3 м

3.0m = 1000 кг

tVeVhmxsignFxsignFqxm 22**)(

xeVhmxcxm tV 22

HF 4200*

8.0q

мHc /50000

30

мсH /4900

СРАВНЕНИЕ ДВУХ СИСТЕМ

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

ПРЕЛАГАЕМЫЕСИСТЕМЫСОЗДАНИЯ

ИСКУССТВЕННОЙ ГРАВИТАЦИИ

35

ПРЕДЛАГАЕМЫЕ СИСТЕМЫ ИСКУССТВЕННОЙ ГРАВИТАЦИИ

36

2)(

20

*Vm

xFF тормmтормТ

ct 5.02.0*

mgх

FVm

mg

Fk

торм

тормТm

)(

)2

(

*

20

.56.3

;5.0

;9000

;87

;/3600/1000240

;25000

*

0

kполучим

ct

gF

м

cмV

кгmПри

T

торм

(было 4.9)

37

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ АЭРОФИНИШЕРА

СИЛОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1 – существующие луки и арбалеты; 2 – луки и арбалеты с полиспастной системой;3 – предлагаемая система с направляющими 38

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ