Диссертация (Расчет и оценка эффективности систем виброизоляции с линейными и нелинейными характеристиками)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕУЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»На правах рукописиЗЕБИЛИЛА МОХАММЕД ДИИН-ХАЛИСРАСЧЕТ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМВИБРОИЗОЛЯЦИИ С ЛИНЕЙНЫМИ И НЕЛИНЕЙНЫМИХАРАКТЕРИСТИКАМИСпециальность 05.23.17  «Строительная механика»Диссертация на соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорЧернов Юрий ТихоновичМосква 20182СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................... 4ГЛАВА 1.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ................................................................. 101.1. Расчет систем виброизоляции в переходных режимах. Методы расчетанелинейных систем ........................................................................................................ 101.2 Метод "нормальных форм". Алгоритм расчета нелинейных систем ................. 131.3 Передаточные (ПФ) и импульсные переходные функции (ИПФ) ......................

161.4 Виброзащитные системы......................................................................................... 211.4.1 Системы переменной жесткости ......................................................................... 211.4.2 Демпферы вязкого трения .................................................................................... 26ГЛАВА 2. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ ВИБРОЗАЩИТЫ ВЭКСПЛУАТАЦИОННОМ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ .......................................... 302.1 Вертикальные колебания виброзащитных систем ............................................... 302.1.1 Периодические (гармонические) воздействия ...................................................

302.1.2 Импульсная нагрузка ............................................................................................ 342.2 Плоские колебания массивных виброизолированных тел при произвольномсмещении основания ...................................................................................................... 362.3 Горизонтальные колебания линейных систем с 3-мя степенями свободы прикинематическом возбуждении. ..................................................................................... 41ГЛАВА 3.

МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РАСЧЕТА НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМВИБРОЗАЩИТЫ В ЭКСПЛУАТАЦИОННОМ И ПЕРЕХОДНЫХ РЕЖИМАХ ...... 463.1 Система с дополнительной связью. Вертикальные колебания ........................... 463.1.1 Периодические (гармонической) нагрузки ........................................................ 473.1.2 Импульсная нагрузка ............................................................................................

503.2 Система с демпфером вязкого трения.................................................................... 523.2.1 Периодические (гармонической) нагрузки ........................................................ 523.2.2 Импульсная нагрузка ............................................................................................ 5733.3 Горизонтальные колебания нелинейных систем с 3-мя степенями свободы прикинематическом возбуждении ......................................................................................

58ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА И АНАЛИЗ СИСТЕМ ВИБРОЗАЩИТЫ СДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ ...................................................................... 614.1 Примеры расчета системы с дополнительным блоком и связью ........................ 614.1.1.Расчет грохота .......................................................................................................

614.1.2 Расчет фундаментов машин ударного действия ................................................ 714.2 Плоские колебания массивных виброизолированных тел при произвольномсмещении основания. Пример расчета ........................................................................ 754.3 Расчет систем виброизоляции с демпферами вязкого трения. Пример расчета . 78ГЛАВА 5. ПРИБЛИЖЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА СИСТЕМ С НЕЛИНЕЙНЫМИЭЛЕМЕНТАМИ..................................................................................................................

825.1 Приближенные методы расчета нелинейных систем с КЧСС. ........................... 825.2 Метод расчета систем с нелинейными элементами, основанный наспециальном выборе порождающих систем ............................................................... 845.2.1 Расчетная схема 1 .................................................................................................. 865.2.2 Расчетная схема 2 ..................................................................................................

90ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................................. 94СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ................................................................................................ 97СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................

98ПРИЛОЖЕНИЯ 1 ............................................................................................................. 1084ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.Вибрации элементов конструкций зданий и сооружений, возбуждаемыевиброактивным оборудованием, могут достигать значительных уровней и приводитьк серьезным последствиям: появлению и развитию трещин; дополнительнымосадкам; нарушению технологических процессов; дискомфорту и превышениюуровней,допускаемыхСанитарныминормами.Однимизнаиболеераспространенных методов снижения уровней колебаний является виброизоляция активная (снижает нагрузку на основание) и пассивная (снижает уровень колебанийвиброчувствительного оборудования).Наиболее эффективна виброизоляция машин с периодическими нагрузками(насосов, вентиляторов, компрессоров и т.п.).Приопределенныхсоотношенияхчастотсобственныхколебанийвиброизолированного оборудования с ударными нагрузками (штампов, молотов ит.п.) и опорных конструкций, нагрузка, передающаяся на опорные конструкции,такжеможетзначительноснижаться.Приоценкеэффективностисистемвиброизоляции машин с периодическими нагрузками обязательным является расчетв переходных режимах (пуска и остановки) при прохождении через резонанс.Прибольшихперемещенияхвэтихзонахнарушаетсяконтактсвспомогательным оборудованием, трубопроводами и т.

п. Сами виброизоляторымогут разрушаться в результате малоцикловой усталости.Снизить уровни колебаний в этих режимах возможно, вводя дополнительныеэлементы - связи, диссипативные системы, дополнительные массы.Характеристики виброзащитных систем становятся нелинейными, а их расчетсводится к расчету нелинейных систем с конечным числом степеней свободы (далееКЧСС)."Основной метод расчета нелинейных систем, используемый в работе, основан5на применении передаточных (далее ПФ) и импульсных переходных (далее ИПФ)функций" [34]."Уравнения движения сводятся к системам нелинейных интегральныхуравнений, которые решаются шаговым методом по времени с итерациями накаждом шаге" [34].

Как и в линейных задачах, решения записываются сразуотносительно обобщенных координат.Общая теория расчета линейных систем методами, основанными на ПФ иИПФ и их связи, дана проф. Солодовниковым В.В. [28]. "Применительно к расчетусистем с КЧСС и, в частности, систем виброзащиты, метод развит проф. ЧерновымЮ.Т. [34]. При построении решений в отличие от традиционного метода"нормальных форм" отпадает необходимость в построении собственных форм,записи и решении уравнений в главных координатах и обратном переходе кобобщенным координатам"[18,40] .Целью диссертационной работы является: разработка методов расчета иисследованиесистемвиброизоляциислинейнымиинелинейнымихарактеристиками.Задачи диссертационной работы: в соответствии с поставленной целью былисформулированы и решены следующие задачи:1. запись линейных и нелинейных уравнений движения, вывод необходимыхрасчетных зависимостей ряда систем виброизоляции как линейных и нелинейныхсистем с одной и двумя степенями свободы (далее ОСС и ДСС);2.

разработка методов, алгоритмов и программ расчета ряда систем виброизоляциикак линейных и нелинейных систем с ОСС и ДСС в эксплуатационных и переходныхрежимах: линейной системы при произвольных воздействиях; массивного виброизолированного объекта при произвольном смещенииоснования;6 нелинейной системы с дополнительной опорной связью при гармонических иударных воздействиях; нелинейной системы с демпфером вязкого трения при гармонических иударных воздействиях; построение "амплитудно-частотных характеристик" (далее АЧХ) систем снелинейным гасителем;3. анализ эффективности виброзащитных систем на примерах расчета: грохота каксистемы с ОСС и ДСС при действии гармонической нагрузки; молота - при ударномвоздействии;4. разработка алгоритмов расчета линейных и нелинейных виброзащитных системкак систем с тремя степенями свободы.Методы исследования: при исследовании был выполнен анализ нормативной инаучно-технической литературы по теме: виды, конструктивные решения, расчет ианализ систем виброзащиты.

В качестве основного был выбран метод, основанныйна использовании ПФ и ИПФ линейных систем (нетрадиционный "методнормальных форм").При расчете использовались системы компьютернойматематики - Mathlab.Научная новизна:разработан метод расчета, выведены расчетные зависимости и составленыалгоритмы расчета виброзащитных систем с нелинейными характеристиками (cдополнительной опорной связью, демпфером вязкого трения) с использованием ПФи ИПФ как систем с ОСС и ДСС;разработан метод расчета горизонтально-вращательных колебаний массивныхтел при произвольных кинематических воздействиях (плоская задача);построены АЧХ системы с динамическим гасителем колебаний как систем с 3-мя степенями свободы методом, основанным на специальном выборе порождающихуравнений.7Достоверность работы - в работе использовались строгие математические методы.Проводилось сравнение с эталонными примерами.Практическая значимость работы - с помощью формул и алгоритмов расчета,разработанных в работе, можно оценить и получить оптимальные параметры системвиброзащиты на практике.Личный вклад автора состоит:1) в детализации методов расчета, выводе расчетных зависимостей и составленииалгоритмов расчета виброзащитных систем с нелинейными характеристикамис использованием ПФ и ИПФ как систем с ОСС и ДСС;2) в сравнении и анализе перемещений различных типов виброзащитных систем,в частности, при оценке влияния интервалов времени пуска и остановки и зонвключениядополнительныхэлементовнавеличиныперемещенийвпереходных режимах;3) в составлении алгоритмов и программ расчета систем с демпфером вязкоготрения;4) вразработкеметодарасчетагоризонтально-вращательныхколебаниймассивных тел при произвольных кинематических воздействиях (плоскаязадача);5) в построении АЧХ системы с динамическим гасителем колебаний как системыс 3-мя степенями свободы методом, основанным на специальном выборепорождающих уравнений;6) в разработке алгоритмов расчета линейных и нелинейных виброзащитныхсистем как систем с тремя степенями свободы.Апробацияработы:отдельныерезультатыработыдокладывалисьнаконференциях:1.

«ХIX Международной межвузовской научно-практической конференциистудентов, магистров, аспирантов и молодых ученых» (27-29 Апреля 2016 г.,8Москва);2. «ХХМеждународноймежвузовскойнаучно-практическойконференциистудентов, магистров, аспирантов и молодых ученых» (26-28 Апреля 2017 г.,Москва);3. «ХХI Международной межвузовской научно-практической конференциистудентов, магистров, аспирантов и молодых ученых» (25-27 Апреля 2018 г.,Москва).Публикации.