МНОГОСЛОЙНЫЕ СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ И ТРУБЫ

ВЛИЯНИЕ КРАЕВОГО ЗАЩЕМЛЕНИЯ НА ДЕМПФИРОВАНИЕ СЛОИСТЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПАКЕТОВ

Слоистые металлические конструкции, наряду с потерями в ма­териале, способны рассеивать энергию при возбуждении за счет кон­струкционного демпфирования. Энергия рассеяния АЭ при этом за­висит от величины напряжения трения х на поверхности скольжения. Известно [1—4], что при определенной интенсивности равномерно распределенного напряжения трения существует максимальное зна­чение энергии рассеяния.

В работе теоретически и экспериментально исследуется влияние интенсивности межслойного контактного давления и участка его рас­пределения на величину относительного рассеяния энергии в слои­стых металлических пакетах при поперечных колебаниях.

Рассмотрим циклическое нагружение двухслойной упругой кон­соли силой аР (— 1 а < 1, Р = const). Найдем для этой консоли

(рис. 1), слои которой прижаты на участке I зоны скольжения L давлением д = const (qf = т, / — коэффициент тре­ния скольжения), значение напряжения трения при котором рассеяние энергии будет максимальным. Считается, что на участке скольжения L — I трение отсут­ствуем а на участке I напряжение тре­ния т < 1,5 PIF (F — площадь попе­речного сечения консоли).

Представим энергию рассеяния вследствие трения слоев на участке I за цикл в виде

АЭ = 4т Ъ A Udx.

Ph - 4~ ibhA (Р - Xі) + Ph (L2 - Iі) - 4-*bh2 x

4 El

X (L — 1)1 — относительные упругие перемещения поперечных се­чений слоев на участке I зоны скольжения L при максимальном значении возбуждающей силы; Е — модуль Юнга; b, h — ширина и высота слоя соответственно.

Обозначив l;L = % (0^£^l)j получим, согласно (l)t значение -энергии рассеяния в виде

Запишем значение энергии упругой деформации Э консоли в конце лервого этапа нагружения (а = 1) в виде

I Л/2 L—l Л/2

j dx j q (x, y)dy + j dx j a (x, y) dy

Э

—Л/2

тде 01,2 (я, у), Mi,2, iVi,2 — нормальные напряжения, изгибающие. моменты и продольные силы в поперечных сечениях слоя на участках

первой и второй консоли соответственно; а = xbh — Р g = I : L. Как видно, значения АЭ и Э зависят от напряжения трения т и пара­метра

Согласно [5]} запишем наибольшее относительное рассеяние энер­гии в виде

Tmax —

Из условия ДЭХ = 0 находим напряжение трения

_ а з—?2 р

Т°— 16 36 — 2£2 bh ' при котором для любого фиксированного значения | энергия рассея­ния будет максимальной. Подставляя (4) в (2) и (3)t получаем

(3 _ £2)2

где А =

Как видно (рис. 2), наибольшее значение ДЭ имеет при | = 1. Случай | = 0 соответствует приложению сосредоточенного усилия трения Т = 3PL/16h в плоскости контакта слоев на конце консоли. Заметим, что значение Э (т0, Е) наименьшее и имеет минимум на от­резке 0 | 4. 1. График функции ’Рта, (рис. 3) свидетельствует о

том, что существует оптимальное значение участка прижатия (10 = = L), при котором относительное рассеяние энергии максимально.

Рис. 4. Схема закрепления образца и блок-схема проведения измерений.

Последнее можно увеличить, распределив напряжение трения опре­деленной интенсивности на соответствующем участке зоны скольже­ния.

С целью проверки теоретических результатов проводился экспе­римент, в котором использовался пакет, набранный из семи пластин размерами 40 X 0,8 мм при толщине средней пластины 3 мм. Пласти­ны изготавливались из пружинной стальной ленты с чистотой поверх­ности не ниже 7 кл. Прижатие создавалось равномерной намоткой прочной нити с постоянным напряжением.

Рассеяние энергии определялось фазовым методом, который ба­зируется на зависимости угла сдвига фаз между возмущающей силой и перемещением точки приложения этой силы^ от величины рассеян­ной энергии.

На рис. 4 показана схема закрепления образца и блок-схема про­ведения измерений.

Эксперимент проводился на вибрационном электродинамическом

стенде ВЕДС-10 следующим обра­зом. Пакет 1, закрепленный одним концом на столе вибратора 2, а дру­гим к подвижной катушке 3, подвер­гался поперечным колебаниям. Час­тота со и амплитуда возмущающей силы в процессе эксперимента не из­менялись. Шлейфовым осциллогра­фом одновременно записывались раз­вертки напряжения возбуждения иг на подвижной катушке — аналог си­лы Р и ускорения Uз конца консо­ли — аналог перемещения точки при­ложения силы Р. Сигнал ускорения получали от акселерометра 4. По ос­

циллограмме определяли угол сдвига фаз между напряжением и ус­корением, т. е. между силой и перемещением. Изменяя частоту воз­мущения и поддерживая при этом постоянной величину тока в под­вижной катушке, т. е. силу возмущения, определяем резонансную частоту пакета по максимальному ускорению, измеряемому блоком измерения.

Для ряда значений I экспериментально определяли угол сдвига фаз ф и собственную частоту р пакета. По известной [6] формуле Y = = 2л (1 — со2/р2) tg ф определяли величину относительного рассея­ния. Экспериментальные данные приведены в таблице.

По найденным значениям можно построить график зависимости ¥ (|) (рис. 3), свидетельствующий о существовании участка прижа­тия, при котором относительное рассеяние максимально.

Как показали эксперименты, существует оптимальный участок распределения контактного давления, при котором относительное рассеяние энергии имеет максимум, а длина этого участка не за­висит от частоты и амплитуды возмущающей силы. При больших значениях контактного давления максимум относительного рассея­ния энергии смещается в сторону меньших значений длины участка прижатия.