Способ подавления паразитных колебаний конструкции

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для подавления колебаний в конструкциях. Для этого на них измеряют параметры колебаний в определенных местах, фиксируют пороговые значения этих колебаний, а затем в указанных местах возбуждают компнесационные колебания с учетом измеренных параметров. Параметры компенсационных колебаний выбирают с учетом упомянутых пороговых значений. 1 ил.

Изобретение применимо в машиностроении и строительных конструкциях.

Аналогом способа является метод приема и передачи сигнала в приемно-передающем устройстве акустической станции [1] снабженном электромеханическим элементом. Применение такого элемента в приемно-передающем устройстве преследует цель выделения только информационного сигнала.

Прототипом является способ [2] когда на конструкции устанавливают электромеханический элемент, измеряют его сигналы, пропорциональные энергии колебания конструкции, с учетом этого сигнала формируют команду на указанный элемент, механическим воздействием которого осуществляют подавление паразитных колебаний конструкции, при этом в схему введена задержка измерительных и вычислительных элементов.

Такой метод малоэффективен для быстро меняющихся источников паразитных колебаний и не применим для импульсных, так как при этом следует разделить элемент на измерительный и исполнительный. Расстояние между ними будет порождать дополнительный сдвиг фаз, при достаточно большой величине которого требуется учет его при формировании команд на исполнительный электромеханический элемент. На протяженных конструкциях может существовать несколько источников паразитных колебаний, например отражение от границ заделки конструкции, что требует организации системы измерительных и исполнительных электромеханических элементов, управляемых вычислителем, учитывающим сдвиг фаз паразитных колебаний, обусловленный расстоянием между измерительными и исполнительными элементами.

Изобретение относится к методам подавления паразитных колебаний конструкции с помощью электромеханических (пьезо- и магнитострикционных) элементов, установленных на конструкции.

Задача изобретения подавление паразитных колебаний конструкции от быстроменяющихся источников колебаний, в том числе для протяженных конструкций с несколькими источниками возбуждения колебаний.

Это достигается за счет установки на конструкции системы электромеханических элементов в выбранных местах конструкции с определенными расстояниями между ними. Паразитные колебания конструкции воспринимаются электромеханическими элементами, и тогда они работают в режиме измерения энергии колебаний. При этом за счет выбора моментов и продолжительности съема энергии с каждого элемента попутно измеряемые колебания ослабляются. При этом ограничиться режимом только съема энергии с элемента для подавления паразитных колебаний не всегда возможно из-за ограниченности размеров элемента и ограниченности его коэффициента электромеханической связи К_эмс. Поэтому в необходимых случаях на электромеханические элементы подают энергию, возбуждая в них колебания, которые передаются на конструкцию.

За счет выбора параметров этих колебаний элементов подавляют колебания конструкции. При этом необходимо учитывать фазовые сдвиги, обусловленные расстоянием между измерительным и исполнительным электромеханическим элементом. Для каждой такой группы устанавливают пороговые значения мощности энергии, снимаемой с ее элементов. Производят измерения энергии элементов каждой группы. Если измеренные значения мощности превышают порог, то реализуют режим подавления колебаний, для чего выбирают продолжительность и расположение интервалов времени измерения и подачи энергии на каждый элемент группы и мощность подаваемой энергии в пределах каждого цикла колебаний. Такой режим реализуют до тех пор, пока мощность энергии, снимаемой с элементов этой группы, не упадет ниже порога для этой группы, после чего опять переходят к измерительному съему энергии с элементов этой группы. Снимаемой энергией пополняют запас энергии, расходуемой на подавление паразитных колебаний.

На чертеже изображена схема высотного сооружения с сейсмогасящими прокладками, где 1, 4, 6 электромеханические элементы (пьезокерамические прокладки), 2 центральный распределитель (вычислительное устройство), 3 формирователь электрических напряжений на элементы, 5 фундамент конструкции.

Если ширина В конструкции меньше длины сейсмической волны, то принимают, что волна обладает только вертикальной компонентой, т.е. происходит сжатие и разжатие этажей конструкции. В общем виде такая вертикальная волна выглядит как P=Ψ(h-Vt), где Р давление; Ψ(˙)- функция, вид которой зависит от формы сейсмического толчка; h высота; V скорость звука в конструкции; t текущее время.

Задача заключается в подавлении сейсмической волны прокладками 1, 4 6, управляемыми вычислителем 2 через формирователь 3. При этом используют комбинацию методов как виброизоляции верхних "этажей с помощью элементов 4, 6, так и поглощение энергии сейсмического толчка за счет снятия электрической энергии с элементов 1, 4, 6.

Один из вариантов алгоритма работы системы элементов, представленной на чертеже, выглядит следующим образом.

Элементу 1 назначается измерительный режим работы и устанавливается пороговое значение. Если снятая с него энергия сейсмического толчка не превышает этого порогового значения, то элементу 4 назначается также измерительный режим работы. Если снятая с элемента 1 энергия превышает установленное для элемента 1 пороговое значение, то вычислитель 2 посредством формирователя 3 подает на элемент 4 электрическое напряжение, под воздействием которого элемент 4 отражает сейсмическую волну вниз к фундаменту конструкции. После этого элементу 4 назначается измерительный режим и устанавливается пороговое значение. Если энергия отраженной от фундамента волны, снятая с элемента 4, не превосходит установленное ему пороговое значение, то элементу 6 устанавливается измерительный режим работы. В противном случае вычислитель 2 посредством формирователя 3 подает на элемент 6 электрическое напряжение для отражения сейсмической волны фундамента конструкции.

Таким образом, за счет поглощения сейсмической энергии в элементах 1, 4, 6, фундаменте 5 и части конструкции, расположенной между фундаментом и элементом 6, предохраняется часть конструкции, расположенная выше элемента 6.

Элементы 1, 4, 6 располагают по высоте таким образом, чтобы разность высот Δh между соседними элементами удовлетворяла условию Δh≥Vτ, где τ суммарный промежуток времени, необходимый для расчета в вычислителе 2 вида, величины, момента выдачи напряжения, а также времени формирования и выдачи из формирователя 3 этого напряжения на элемент.

Отражение сейсмической волны от элемента достигают, дополнительно сжимая (растягивая) его поданным с формирователя 3 электрическим напряжением ровно настолько, насколько растягивается (сжимается) нижележащая часть конструкции под воздействием сейсмической волны. Сведения для расчета необходимой величины такой информации данного элемента поступают с ниже расположенного элемента, работающего в измерительном режиме.

Снятая при работе элементов 1, 4, 6 в измерительном режиме энергия используется в формирователе напряжений 3.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОДАВЛЕНИЯ ПАРАЗИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ КОНСТРУКЦИИ, заключающийся в том, что на ней устанавливают электромеханический элемент, измеряют его сигнал, пропорциональный энергии колебания конструкции, с учетом этого сигнала формируют команду на указанный элемент, механическим воздействием которого осуществляют подавление колебаний конструкции, отличающийся тем, что дополнительно на конструкции устанавливают несколько электромеханических элементов с определенными расстояниями между ними, все элементы подразделяют на группы, устанавливают пороговые значения для мощности энергии, снимаемой с элементов каждой группы, измеряют энергию элементов каждой группы, при превышении замеренными значениями энергии указанного порога реализуют режим подавления колебаний, для чего выбирают продолжительность и расположение интервалов времени измерения и подачи энергии на каждый элемент группы и мощность подаваемой энергии в пределах каждого цикла колебаний, в установленные интервалы времени снимают с каждого элемента группы энергию, которой пополняют запас энергии, расходуемой на подавление колебаний, в установленные для подачи интервалы времени подают энергию на каждый элемент группы до тех пор, пока мощность энергии, снимаемой с элементов этой группы, не упадет ниже порога для этой группы, после чего опять переходят к измерительному съему энергии с элементов этой группы, которой пополняют запас энергии, расходуемой на подавление паразитных колебаний.

РИСУНКИ

Рисунок 1