Затухание частиц - Particle damping

Затухание частиц это использование частиц, свободно движущихся в полости, для создания демпфирование эффект.

Вступление

Активные и пассивные методы демпфирования являются распространенными методами ослабления резонансный вибрации возбужденный в структуре. Методы активного демпфирования применимы не во всех обстоятельствах, например, из-за требований к мощности, стоимости, окружающей среды и т. Д. В таких обстоятельствах методы пассивного демпфирования являются жизнеспособной альтернативой. Существуют различные формы пассивного демпфирования, включая вязкое демпфирование, вязкоупругое демпфирование, демпфирование трения и демпфирование ударов. Вязкое и вязкоупругое демпфирование обычно имеют относительно сильную зависимость от температуры. Демпферы трения, хотя и применимы в широком диапазоне температур, могут ухудшаться по мере износа. Из-за этих ограничений внимание было сосредоточено на амортизаторах, особенно для применения в криогенных средах или при повышенных температурах.

Технология демпфирования частиц является производным от демпфирования ударов с несколькими преимуществами. Демпфирование удара относится только к одной (несколько большей) вспомогательной массе в полости, тогда как демпфирование частиц используется для обозначения нескольких вспомогательных масс небольшого размера в полости. Принцип демпфирования частиц заключается в удалении энергии колебаний за счет потерь, возникающих при ударе гранулированных частиц, которые свободно перемещаются в границах полости, присоединенной к первичной системе. На практике демпферы из частиц представляют собой сильно нелинейные демпферы, диссипация энергии или затухание которых происходит за счет комбинации механизмов потерь, включая трение и обмен импульсом. Благодаря способности демпферов частиц работать в широком диапазоне температур и частот и выживать в течение более длительного срока службы, они использовались в таких приложениях, как невесомая среда космического пространства,[1][2] в авиационных конструкциях, для гашения колебаний строительных конструкций,[3] и даже в теннисных ракетках.[4]

Преимущества глушителей частиц

  • Они могут работать в широком диапазоне температур без потери температуры.
  • Они могут прожить долгую жизнь.
  • Они могут работать в очень широком диапазоне частот, в отличие от вязкоупругих демпферов, которые сильно зависят от частоты.
  • Частицы, помещенные в полость конструкции, могут иметь меньший вес, чем масса, которую они заменяют.
  • Путем анализа можно определить правильный тип, размер и консистенцию частиц для конкретного применения.

Таким образом, они подходят для приложений, где требуется длительная работа в суровых условиях.

Анализ затухания частиц

Анализ демпферов частиц в основном проводится путем экспериментальных испытаний, моделирования - метод дискретных элементов или же метод конечных элементов, и аналитическими расчетами. В методе дискретных элементов используется механика частиц, при которой отдельные частицы моделируются с помощью динамики с 6 степенями свободы, а их взаимодействия приводят к количеству поглощенной / рассеиваемой энергии. Этот подход, хотя и требует мощных вычислений и динамических взаимодействий миллионов частиц, является многообещающим и может использоваться для оценки влияния различных механизмов на затухание. Например, было проведено исследование [5] используя модель, которая моделирует 10000 частиц в полости и изучает затухание под действием различных гравитационных сил.

Обзор исследовательской литературы

Значительный объем исследований был проведен в области анализа глушителей частиц.

Олсон [6] представила математическую модель, которая позволяет аналитически оценить конструкции демпфера. Модель использовала динамика частиц и учитывала физику, связанную с демпфированием частиц, включая фрикционные контактные взаимодействия и диссипацию энергии из-за вязкоупругости материала частицы.

Fowler et al.[7] обсудили результаты исследований эффективности и предсказуемости демпфирования частиц. Усилия были сосредоточены на характеристике и прогнозировании поведения ряда потенциальных материалов, форм и размеров частиц в лабораторных условиях, а также при повышенной температуре. Методики, используемые для получения данных и извлечения характеристик нелинейных явлений демпфирования, были проиллюстрированы результатами испытаний.

Fowler et al.[8] разработал аналитический метод, основанный на методе динамики частиц, который использовал характеристические данные о затухании частиц для прогнозирования затухания в структурных системах. Обсуждалась методология расчета демпфирования частиц для динамических структур. Методология проектирования была согласована с испытаниями конструктивного элемента в лаборатории.

Мао и др.[9] использовали DEM для компьютерного моделирования затухания частиц. Рассматривая тысячи частиц как шары Герца, модель дискретных элементов была использована для описания движений этих множественных тел и определения диссипации энергии.

внешняя ссылка

Рекомендации

  1. ^ H.V. Паносян, Структурное усиление демпфирования с помощью техники демпфирования без препятствий, Journal of Vibration and Acoustics, 114 (1992), стр. 101–105.
  2. ^ Р. Эрготт, Х. Паносиан и Дж. Дэвис, Методы моделирования для оценки эффективности демпфирования частиц в турбомашинах, Pratt & Whitney Rocketdyne, Canoga Park, CA. PDF
  3. ^ Симонян С.С., Демпфер пучка частиц. Труды SPIE, 2445 (1995), стр. 149–160.
  4. ^ С. Эшли, Новая ракетка встряхивает теннис, Машиностроение, 117 (1995), стр. 80–81.
  5. ^ Опыт и возможности подавления частиц без препятствий, Паносян, Х., Труды - Spie Международное общество оптической инженерии, 2002, ISSU 4753; ТОМ 2, страницы 936-941. PDF В архиве 2016-03-04 в Wayback Machine
  6. ^ Стивен Э. Олсон, Аналитическая модель затухания частиц, Journal of Sound and Vibration, 264 (2003), стр. 1155–1166. Дои:10.1016 / S0022-460X (02) 01388-3
  7. ^ Брайс Л. Фаулер, Эрик М. Флинт, Стивен Э. Олсон, Эффективность и предсказуемость демпфирования частиц, Труды SPIE, том 3989, Интеллектуальные структуры и материалы 2000, Демпфирование и изоляция, 2000. PDF
  8. ^ Брайс Л. Фаулер, Эрик М. Флинт, Стивен Э. Олсон, Методология проектирования для демпфирования частиц, Конференция SPIE по интеллектуальным структурам и материалам, 2001. PDF
  9. ^ Куаньминь Мао, Майкл Ю Ван, Чживэй Сюй, Тяннин Чен, Моделирование демпфирования частиц с помощью DEM, Powder Technology, 142 (2004), стр. 154–165. Дои:10.1016 / j.powtec.2004.04.031