АННОТАЦИЯ 2
Введение 6
1 Защита от ударов и вибраций с помощью пеноматериалов 7
1.1 Свойства и существующие модели пеноматериалов 7
1.1.1 Применение пеноматериалов для уменьшения ударных и
вибрационных воздействий 7
1.1.2 Механические характеристики пеноматериалов 8
1.1.3 Существующие модели и их недостатки 15
1.2 Основы расчета виброизоляции 17
1.2.1 Поведение системы изоляции при гармонических возбуждениях .. 18
1.2.2 Поведение системы изоляции при ударных воздействиях 22
1.3 Задачи данной работы 24
2 Определение механических свойств 25
2.1 Однократное нагружение. Диаграммы деформирования и модуль
упругости 25
2.2 Методика и результаты экспериментального определения коэффициента
Пуассона 33
2.3 Влияние размера и места вырезки образцов 40
2.4 Повторное нагружение 42
3 Экспериментальное определение демпфирующих свойств пеноматериала 47
3.1 Методика проведения эксперимента 47
3.2 Определение собственной частоты системы с помощью аналитической
зависимости 49
3.3 Модальный анализ с помощью конечно-элементной модели 52
3.4 Сборка натурной модели 56
3.5 Модальный анализ измененной экспериментальной схемы 58
3.6 Проведение эксперимента с разверткой по частоте 61
3.7 Экспериментальное определение частот и форм колебаний объекта
испытаний 64
3.8 Экспериментальное определение декремента колебаний 68
3.9 Моделирование свободных затухающих колебаний в пакете LS-DYNA 73
4 Оценка нелинейных колебаний системы 76
5 Расчетное и экспериментальное исследование конструкции 84
5.1 Проведение эксперимента с разверткой по частоте 85
5.2 Экспериментальное определение частот и форм колебаний объекта
испытаний 87
5.3 Конечно-элементный модальный анализ объекта испытаний 91
5.4 Экспериментальная оценка жесткости конструкции 98
5.5 Экспериментальное определение декремента колебаний конструкции 100
6 Заключение 104
Список использованных источников 105
При транспортировке точного оборудования нередко возникает задача ограничения воздействий на него, т.е. смягчения вибраций и ударов. Для этой цели часто используют прокладки из пеноматериалов. Воздействиями могут быть как отдельные удары, так и вибрации с относительно небольшой амплитудой, но большой длительностью.
Задачей работы является создание методики расчетного анализа, позволяющей оценить эффективность такой виброизоляции на стадии проектирования. Для этого нужно как знание свойств пеноматериалов (т.е. соответствующие эксперименты), так и построение расчетной методики, учитывающей, в частности, наличие односторонних связей (перекладку зазоров).
Выполненные экспериментальные и расчетные работы показали следующие результаты.
1. Рассмотренный пеноматериал имеет существенно нелинейную диаграмму деформирования как при нагружении, так и при разгрузке.
2. Анизотропия и неоднородность материала относительно невелика. Однако эксперименты обнаруживают существенно разную податливость образцов разной толщины, мало зависящую от места и направления вырезки. Вероятной причиной этого является вскрытие пор вблизи поверхности образца и истечение газовой фазы из пор при деформировании.
3. Для двух модельных конструкций - образец с приклеенным грузом и груз в ложементах - экспериментально определены собственные частоты и характеристики демпфирования. Демпфирование оказалось разным для разных конструкций - 15% и 6% соответственно. Предположительно это объясняется неоднородным напряженным состоянием второй конструкции, но необходима дополнительная проверка.
4. Показано, что учет неоднородности материала по объему (с пониженной жесткостью приповерхностного слоя) снижает отличия между расчетными и экспериментальными значениями частот до 3,5% (по сравнению с 16% без учета этого факта). Принятая выше гипотеза о повышеннлй податливости наружных слоев может быть связана с истечением воздуха из открытых пор материала, что в случае колебаний может приводить к зависимости податливости от частоты и амплитуды (соотношения скорости деформирования и скорости истечения газа из пор). Это требует дополнительной экспериментальной проверки.
5. Выполнено расчетное исследование колебаний системы с учетом односторонних связей. Обнаружено, что в определенных диапазонах частот и амплитуд наличие зазоров может приводить к существенному (до 16 раз в рассматриваемой системе) росту амплитуд виброускорений по сравнению с системой без зазоров. Нормативное требование отстройки системы от частоты вынуждающее воздействие должно содержать не только собственные частоты линейной системы, но и те частоты, на которых в системе с зазорами приходится существенное усиление колебаний.
