Что такое демпфирующие свойства
Демпфирование
Полезное
Смотреть что такое «Демпфирование» в других словарях:
Демпфирование — колебаний летательного аппарата уменьшение амплитуды колебаний летательного аппарата. Различают естественное Д., обеспечиваемое только аэродинамическими силами и моментами при неподвижных органах управления, и искусственное Д., обеспечиваемое… … Энциклопедия техники
демпфирование — глушение, амортизация, амортизирование, сглаживание, ослабление Словарь русских синонимов. демпфирование сущ., кол во синонимов: 5 • амортизация (8) • … Словарь синонимов
демпфирование — Принудительное гашение колебаний, обычно вредных, системы либо уменьшение их амплитуды до допустимых пределов [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] EN damping DE Dämpfung FR amortissement … Справочник технического переводчика
ДЕМПФИРОВАНИЕ — принудительное гашение нежелательных колебаний в механических, электрических и др. системах. Гашение колебаний основано либо на поглощении (см.) энергии колебаний (воздушные, жидкостные, магнитоиндукционные успокоители), либо на том, что демпфер… … Большая политехническая энциклопедия
демпфирование — 3.2 демпфирование: Свойство оборудования снижать скорость движения и уменьшать удары и толчки в крайних положениях качалки за счет рассеивания или поглощения кинетической энергии. Источник: Г … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Демпфирование — Damping Демпфирование. Потеря энергии за счет диссипации тепла, когда материал или материальная система подвергается воздействию колебательной нагрузки или отклонению. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО… … Словарь металлургических терминов
демпфирование — slopinimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. damping vok. Abklingen, n; Abschwächung, f; Ausschwingen, n; Bedämpfung, f; Dämpfung, f; Unterdrückung, f rus. демпфирование, n; затухание, n; успокоение, n pranc. affaiblissement, m;… … Automatikos terminų žodynas
демпфирование — slopimas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. damping vok. Abschwächung, f; Dämpfung, f rus. демпфирование, n; затухание, n; успокоение, n pranc. amortissement, m … Automatikos terminų žodynas
демпфирование — slopimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Sistemos, įrenginio ar įtaiso mechaninių, elektrinių ar kitokių svyravimų arba virpesių, kartais kūnų sukimosi greičio kitimo laikinis mažėjimas. atitikmenys: angl. damping vok … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
демпфирование — slopinimas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Sistemos, įrenginio ar įtaiso mechaninių, elektrinių ar kitokių svyravimų arba virpesių, kartais kūnų sukimosi greičio kitimo laikinis mažinimas. atitikmenys: angl. damping… … Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas
демпфирование — колебаний летательного аппарата уменьшение амплитуды колебаний летательного аппарата. Различают естественное Д., обеспечиваемое только аэродинамическими силами и моментами при неподвижных органах управления, и искусственное Д.,… … Энциклопедия «Авиация»
Что такое демпфирующие свойства
Электронный научный журнал «ТРУДЫ ВИАМ»
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
«ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ»
НАЦИОНАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОГО ЦЕНТРА «КУРЧАТОВСКИЙ ИНСТИТУТ»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Авторизация
Статьи
Исследованы демпфирующие характеристики гибридных слоистых материалов классов «алюминий–органопластик» и «титан–органопластик» на основе металлических листов и слоев арамидного органопластика. Показано, что уровень демпфирующих свойств гибридных слоистых материалов выше, чем в исходных сплавах, и зависит от объемного содержания органопластика, расположения его слоев относительно слоев металла, а также от схемы армирования. Гибридные слоистые материалы являются перспективными материалами для изготовления конструкций высокоскоростной авиационной техники, работающих при высоких виброакустических нагрузках.
Введение
Элементы авиационных конструкций в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различного рода колебаний и вибраций. Для уменьшения динамической напряженности обшивок и деталей, работающих в зонах с повышенным уровнем виброакустических нагрузок, требуются материалы, способные эффективно гасить колебания и снижать уровень напряжений до безопасного значения. Создание конструкционных материалов с высокими демпфирующими свойствами, способных к рассеянию механической энергии, – важная и актуальная задача, так как в настоящее время требования к скорости и маневренности современных летательных аппаратов постоянно возрастают, а вследствие этого увеличиваются динамические и виброакустические нагрузки при их эксплуатации [1–4].
Один из путей решения проблемы повышения демпфирующих характеристик элементов авиационных конструкций – это создание гибридных слоистых металлополимерных материалов, состоящих из чередующихся слоев металла и полимерного композита (стекло-, угле- или органопластика). Полимерные композиционные материалы, армированные высокопрочными стеклянными, углеродными и арамидными волокнами, значительно превосходят металлические сплавы по способности к демпфированию механических колебаний [5, 6]. Благодаря этому слои полимерного композита в составе гибридного слоистого металлополимерного материала способны выполнять функцию демпфера по отношению к металлическим слоям и способствовать повышению виброакустической стойкости слоистого материала.
Создание гибридных металлополимерных материалов на основе металлических сплавов и полимерных композитов – перспективное направление в авиационном материаловедении, позволяющее реализовать положительные качества разнородных конструкционных материалов (металла и полимерного композита) и решить ряд проблем, не решаемых традиционными способами совершенствования металлических сплавов. Так, сочетание алюминиевых сплавов с пластиком, армированным арамидными или стеклянными волокнами, дает возможность кардинально повысить стойкость металлических слоев к распространению усталостных трещин [7–13].
Во ФГУП «ВИАМ» разработаны гибридные слоистые материалы класса АЛОР, состоящие из тонких листов алюминиевого сплава и слоев высокопрочного органопластика на основе арамидных волокон [14, 15], а также слоистые материалы класса СИАЛ, состоящие из листов алюминиевого сплава и слоев стеклопластика [4, 5]. Данные гибридные слоистые материалы имеют высокие усталостную долговечность и стойкость к распространению усталостных трещин, что является важным преимуществом перед типовыми алюминиевыми обшивками. Рост усталостных трещин в обшивках из материала класса АЛОР происходит в 5 раз медленнее, чем в типовых алюминиевых обшивках, а акустическая выносливость увеличивается в 10 раз [16].
Цель данной работы – показать возможность создания гибридных слоистых материалов на основе алюминиевых и титановых сплавов, превосходящих по уровню демпфирующей способности исходные металлические сплавы. В статье приведены результаты исследования демпфирующих характеристик гибридных слоистых металлополимерных композитов в зависимости от их состава, структуры и свойств, а также от объемного соотношения слоев металла и органопластика, схемы армирования, порядка расположения металлических и полимерных слоев относительно друг друга и других факторов.
Материалы и методы
Объектом исследования являются гибридные слоистые материалы двух классов – «алюминий–органопластик» и «титан–органопластик».
Листы гибридных слоистых материалов «алюминий–органопластик» и «титан–органопластик» изготавливали методом автоклавного формования пакета, собранного из тонких листов металла, слоев армирующей ткани (равнопрочной или однонаправленной структуры) и слоев клеевой пленки, используемой в качестве полимерного связующего. Для изготовления материала класса «алюминий–органопластик» использовали клеевую пленку ВК-41 (на основе эпоксидных смол и нитрильного каучука), отверждаемую при допустимом для алюминиевого сплава нагреве до температуры 120 °С. В состав материала класса «титан–органопластик» входит эпоксисульфоновая клеевая пленка ВК-36, отверждаемая при нагреве до температуры 170 °С, что допустимо для титанового сплава ВТ-35.
Листы алюминиевого сплава Д16ч.-АТ (серийные) предварительно подвергали анодному окислению в хромовокислотном электролите для обеспечения их коррозионной стойкости и повышения прочности адгезионного соединения со слоем органопластика.
Листы титанового сплава ВТ-35 толщиной 0,4 мм изготавливали из подката толщиной 2,3–2,5 мм путем последовательных теплой и холодной прокаток, совершаемых за несколько проходов. С целью упрочнения тонких листов и исключения их коробления проводили термообработку. Титановые листы под склейку подготавливали путем последовательной активации поверхности в растворах азотной и плавиковой кислот, ее обработки в растворе щелочи и промывки в воде.
Образцы для проведения физико-механических испытаний изготавливали из листов гибридных слоистых материалов методом механической обработки.
Демпфирующие характеристики гибридных слоистых металлополимерных материалов и их компонентов (металла и органопластика) исследовали при различных видах колебаний: крутильных, поперечных изгибных и продольных. Тангенс угла механических потерь (коэффициент механических потерь) и динамический модуль упругости определяли методами динамического механического анализа по ГОСТ Р 56801–2015 (колебания продольные), ГОСТ Р 56802–2015 (колебания крутильные) и ГОСТ Р 56803–2015 (колебания изгиба).
Для количественной оценки демпфирующих свойств материалов использовали следующие характеристики: тангенс угла механических потерь (tgδ), логарифмический декремент затухания колебаний (λ) и коэффициент относительного рассеяния энергии (Ω). Тангенс угла механических потерь связан с логарифмическим декрементом через выражение tgδ
Если величина логарифмического декремента затухания колебаний невелика (что свойственно алюминиевым и титановым сплавам), между ним и коэффициентом относительного рассеяния энергии имеет место зависимость λ=2Ω.
Результаты и обсуждение
Известно, что демпфирование колебаний происходит в результате рассеивания энергии, затрачиваемой на деформирование материала, его структурные изменения и разогрев в результате внутреннего трения. Процесс рассеяния энергии в гибридных слоистых металлополимерных материалах происходит одновременно в слоях металла, полимерной матрице и армирующих волокнах, а также на внутренних границах раздела полимерной матрицы с металлом и волокном [17–21].
Способность гибридных слоистых металлополимерных материалов к рассеянию механической энергии зависит от многих факторов: свойств и объемного соотношения слоев металла и органопластика, схемы армирования слоев органопластика, порядка расположения металлических и полимерных слоев относительно друг друга и т. д.
На рис. 1 представлены результаты определения тангенса угла механических потерь гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик» и его компонентов (алюминиевого сплава Д16ч.-АТ, арамидного органопластика на основе ткани СВМ и полимерной матрицы ВК-41) методом свободных крутильных колебаний при частоте 1 Гц.
Рис. 1. Зависимость тангенса угла механических потерь от температуры для полимерной матрицы ВК-41 (1), органопластика на основе ткани СВМ и полимерной матрицы ВК-41 (2), а также для пятислойного гибридного слоистого металлополимерного материала класса «алюминий–органопластик» (3) и алюминиевого сплава Д16ч.-АТ (4)
Значения тангенса угла механических потерь материала класса «алюминий–органопластик» и его компонентов зависят от температуры испытаний. Пиковые значения механических потерь в данном материале наблюдаются при температурах, соответствующих фазовым переходам, происходящим в слоях органопластика. При температуре
85 °С происходит переход полимерной матрицы ВК-41 из стеклообразного в высокоэластическое состояние. Пик тангенса механических потерь при температуре
250 °С соответствует изменениям надмолекулярной структуры арамидных армирующих волокон. Для слоев алюминиевого сплава зависимость тангенса механических потерь от температуры проявляется в меньшей степени, чем для слоев органопластика. Изменение тангенса угла механических потерь алюминиевого сплава при температуре >200 °С связано, по-видимому, с процессами вязкого скольжения по границам зерен в кристаллической структуре сплава.
Сопоставление температурных зависимостей тангенса угла механических потерь материала класса «алюминий–органопластик», алюминиевого сплава и органопластика показывает, что механические потери в слоистом гибридном материале в 2,5–3,0 раза больше, чем в алюминиевом сплаве Д16ч.-АТ. Повышенная демпфирующая способность такого материала, по сравнению с алюминиевым сплавом Д16ч.-АТ, является следствием слоистости структуры гибридного материала, наличия внутренних границ раздела и эффективного выполнения слоями органопластика роли внутреннего демпфера колебаний.
Демпфирующая способность гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик» возрастает с увеличением объемного содержания органопластика – компонента, в котором рассеяние энергии колебаний происходит наиболее интенсивно. В качестве примера на рис. 2 показано, что коэффициент рассеяния энергии продольных колебаний данного гибридного материала возрастает с 0,02 до 0,05 отн. ед. с увеличением содержания органопластика в материале с 14 до 39% (объемн.).
Рис. 2. Зависимость демпфирующей способности гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик» от объемного содержания органопластика при продольных (1) и поперечных изгибных колебаниях (2)
На демпфирующую способность гибридного материала класса «алюминий–органопластик» оказывает влияние не только объемное содержание органопластика, но и порядок его расположения относительно слоев металла. На рис. 3 показано, что при поперечных изгибных колебаниях гибридного слоистого материала наименьшее рассеяние энергии наблюдается при расположении слоев органопластика в срединной плоскости. Логарифмический коэффициент затухания колебаний данного материала увеличивается в 3,5 раза при разнесении слоев органопластика относительно срединной плоскости и при их расположении на внешних поверхностях материала. При продольных колебаниях зависимость демпфирующих свойств от расположения слоев органопластика не наблюдается.
Рис. 3. Влияние схемы расположения слоев органопластика толщиной 0,15 мм и алюминиевого сплава Д16ч.-АТ толщиной 0,47 мм на демпфирующую способность материала класса «алюминий–органопластик» при изгибных и продольных колебаниях
Гибридным металлополимерным материалам, как и армированным полимерным композитам, свойственна анизотропия физико-механических свойств [22, 23]. Упруго-прочностные свойства гибридных металлополимерных материалов классов «алюминий–органопластик», «алюминий–углепластик» и «алюминий–стеклопластик» зависят от типа армирования (однонаправленное, перекрестное и др.), расположения армирующих волокон по отношению к направлению действующих нагрузок и др. [24].
В данной работе исследовали, как проявляется анизотропия гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик» однонаправленной структуры (расположение всех армирующих волокон в слоях органопластика совпадает с направлением проката листов алюминиевого сплава Д16ч.-АТ) в отношении демпфирующих характеристик. Испытания выполняли с использованием метода поперечных колебаний при уровне относительной деформации 0,1%. На рис. 4 приведены зависимости логарифмического декремента затухания колебаний и динамического модуля упругости от угла армирования. При изменении угла армирования от 0до 45 градусов логарифмический декремент затухания материала класса «алюминий–органопластик» увеличивается в 3,5 раза, а затем его величина монотонно снижается. При угле армирования 90 градусов величина логарифмического декремента остается в 2,5 раза больше, чем при угле армирования 0градусов.
Рис. 4. Зависимость логарифмического декремента затухания колебаний (1) и динамического модуля упругости (2) гибридного слоистого однонаправленного материала класса «алюминий–органопластик» от направления вырезки образца по отношению к направлению армирования
В табл. 1 приведены физико-механические свойства гибридного слоистого металлополимерного материала класса «алюминий–органопластик» и его компонентов – алюминиевого сплава Д16ч.-АТ и органопластика.
Проведенные исследования показали, что наиболее значимыми структурными факторами, влияющими на уровень демпфирующей способности гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик», являются объемное соотношение слоев металла и органопластика, расположение слоев органопластика относительно слоев металла, а также схема армирования и направление действующих нагрузок относительно армирующих волокон. Демпфирующие характеристики данного материала зависят от температуры и достигают пиковых значений при температуре фазовых переходовв слоях органопластика.
Физико-механические свойства гибридного материала класса
«алюминий–органопластик», алюминиевого сплава Д16ч.-АТ
и перекрестно-армированного органопластика
Состав и структура
Прочность при растяжении, МПа
Модуль упругости, ГПа
Логариф-мический декремент затухания колебаний
Гибридный слоистый материал
3 листа из сплава Д16ч.-АТ толщиной по 0,47 мм
и 2 слоя органопластика
по 0,15 мм на основе ткани СВМ и связующего ВК-41
2 листа из сплава Д16ч.-АТ толщиной по 0,47 мм
и 1 слой органопластика 0,15 мм на основе ткани СВМ и связующего ВК-41
Алюминиевый сплав Д16ч.-АТ
Лист толщиной 0,47 мм
Армирующий наполнитель: равнопрочная ткань СВМ; связующее ВК-41
Примечание. Приведены значения упруго-прочностных свойств гибридного слоистого материала класса «алюминий–органопластик» и органопластика для образцов, вырезанных в направлении армирования.
Известно, что для металлических сплавов характерна тенденция снижения демпфирующей способности при увеличении жесткости и прочности. В связи с этим проблема обеспечения стойкости к виброакустическим нагрузкам и снижения динамической напряженности особенно актуальна для элементов авиационных конструкций, выполненных из титановых сплавов, обладающих высокими упруго-прочностными характеристиками. Гибридные слоистые материалы класса «титан–углепластик» имеют преимущества, по сравнению с титановыми сплавами, по плотности и вязкости разрушения [24, 25]. В данной работе исследовали возможностьповышения демпфирующих характеристик титановых сплавов путем их сочетания с высокопрочным арамидным органопластиком в составе гибридного слоистого металлополимерного материала.
В табл. 2 представлены физико-механические свойства гибридного слоистого металлополимерного материала класса «титан–углепластик», состоящего из 3 листов титанового сплава ВТ-35 толщиной 0,4 мм, а также из 2 слоев органопластика на основе однонаправленной ткани из арамидного волокна Руслан и эпоксисульфонового связующего ВК-36. Для сравнения приведены свойства титанового сплава ВТ-35 и арамидного органопластика, используемого в составе гибридного материала. Логарифмический декремент затухания колебаний у гибридного слоистого материала класса «титан–органопластик» в 3,4 раза больше, чем у исходного титанового сплава, при объемном соотношении металла и органопластика 75:25.
На рис. 5 в обобщенном виде показаны демпфирующие характеристики конструкционных материалов различных классов: типовых полимерных композиционных материалов (стекло-, угле- и органопластик), металлических авиационных сплавов и гибридных слоистых металлополимерных материалов.
Физико-механические свойства гибридного материала класса «титан–органопластик»,
титанового сплава ВТ-35 и однонаправленного органопластика
Состав и структура
Прочность при растяжении, МПа
Модуль упругости, ГПа
Логарифмический декремент затухания колебаний
Гибридный слоистый материал
3 листа из сплава ВТ-35 толщиной по 0,4 мм
и 2 слоя органопластика
по 0,2 мм на основе однонаправленной ткани Руслан
Что такое демпфер: устройство и применение
Хотя слово демпфер каждый человек слышал в жизни не один раз, но мало кто полностью представляет, о чем идет речь. Разновидностей подобного устройства достаточно много, они окружают людей буквально повсюду.
Чтобы разобраться в применении приспособления, с ним нужно познакомиться поближе, рассмотрев принцип работы, каждый сделает вывод для себя, полезная это вещь или нет. Не менее интересно будет узнать все возможные сферы применения демпфера, ведь их немало.
Общая информация
В переводе с немецкого языка слово означает «заглушить» или «глушитель», что объясняет его применение. Устройство предназначено для своеобразной амортизации, не менее важной функцией будет устранение всяческих колебаний, которые возникают во время работы таких приспособлений как:
Демпфером можно смело назвать любое оборудование, способное успокаивать и смягчать нагрузку, действие достаточно востребованное и применяется людьми повсеместно.
Использование демпферов позволяет увеличить КПД двигателей за счет снижения колебаний и потери энергии.
Разновидности устройств
Существует огромное количество типов изделий, направленных на смягчение какого-либо процесса, обычную прокладку из резины также можно назвать демпфер, ведь функция выполняется по максимуму, а строение составляющей очень простое.
Приспособления делятся на группы, принято различать гидравлические и пневматические устройства, которые делятся на виды, первый тип подразделяется на:
Гидравлические приспособления могут выступать в виде мембранных, поршневых и баллонных аккумуляторов, направленных на смягчение какого-либо действия.
Общепринятые сферы применения
Увидеть демпфер в работе можно довольно часто, нужно лишь обращать внимание на мелочи, которые подскажут, что это именно это устройство.
Демпферы различных видов могут стать незаменимой составляющей для измерительных приборов, регуляторов с автоматикой. С его помощью можно существенно снизить риск возникновения колебаний токов, оградить технику от резкого увеличения напряжения и многого другого.
Автомобилестроение уже давно внедряет демпфера в различные участки конструкции, без амортизаторов подвеска транспортного средства не сможет долго прослужить, а сама езда покажется невыносимо напряженной как водителю, так и пассажирам.
Авиационные технологии
Модели современного типа невозможно представить без демпфера, который отвечает за устранение аэроупругих колебаний. Такое явление можно встретить в любом летательном аппарате, устройство довольно хорошо гасит кратковременные эксцессы даже в автоматическом режиме, без прямого участия человека.
Роль такого приспособления очень важна, говорить о максимальной безопасности полета нельзя, если в самолете отсутствует неотъемлемая деталь. Демпфер включает в себя целую систему гироскопических датчиков, без устройства аппарат попросту разрушится или возникнут перегрузки, а они представляют большую опасность при покорении внушительных высот.
Наглядные примеры применения
Демпфер можно увидеть в акустических колонках, эти системы представлены в виде ободка из металла, который закреплен на мембранной раме. Если оборудование высокочастотное, то для изготовления приспособления берут полимерные материалы, для низких частот могут использоваться поролон или резина.
Целью детали является устранение остаточных колебаний, которые исходят из звуковой мембраны, тогда звук не будет смешиваться.
Музыкальные струнные инструменты также нельзя представить без успокаивающего устройства, натяжные элементы нужно вовремя глушить, чтобы звук стал четким, ведь своеобразных колебаний не избежать.
Некоторые детали музыкальных инструментов обклеивают, чтобы достичь максимального результата, такое исполнение можно заметить в фортепиано, если заглянуть внутрь.
Свойства приспособления в рулевой системе
Владельцы мотоциклов точно могут описать, что такое демпфер, ведь он ярко выражен на руле такого транспортного средства. Выйти из строя элемент может при езде по неровной местности, его основная задача состоит в том, чтобы глушить неприятные удары при попадании в яму или на бугор развивая высокие скорости.
Детали наполняются маслом и оборудуются специальным поршнем, существуют также воздушные образцы, которые считаются устаревшими. Профессиональные байкеры знают, что существуют довольно практичные и надежные модели, такими конструкциями принято считать:
Демпферные устройства для важной системы также можно встретить на четырехколесном друге, его называют рулевой рейкой.
Амортизатор такого типа способен работать в двухстороннем действии, его зачастую крепят особенным образом. При езде по камням или ямам рулевое колесо не выскакивает из рук водителя, тем самым предотвращая несчастные случаи.
Мебельная промышленность
Любая современная конструкция снабжается демпфером, ведь с такой составляющей вещи могут стать намного практичнее и удобней.
Устройство специально разрабатывается для каждой модели мебели, подгоняется размер и нагрузка. Двери в помещениях могут открываться плавно, стук от закрытия максимально сглаживается именно за счет такого современного приспособления.
Откидные створки уже невозможно представить без меблированных образцов, ведь они не только предотвращают шум, но и способны сделать использование комфортным. Все детали изготавливают из высококачественных материалов, срок службы достаточно большой, если вещь была произведена с учетом технологических требований.