Harmonisen vaimentimen käyttö ja mitoitus

Abstract

Työn tarkoituksena on selvittää kirjallisia lähteitä käyttäen mikä on harmoninen vaimennin, millaisiin käyttötarkoituksiin sitä voidaan käyttää ja kuinka se mitoitetaan. Työssä johdetaan liikeyhtälöstä lähtien matemaattinen malli kahden vapausasteen värähtelysysteemille, jossa päämassan pakkovärähtelyyn vaikutetaan siihen liitetyllä harmonisella vaimentimella. Siinä harmoninen vaimennin koostuu massasta, lineaarisesta jousesta ja viskoosivaimentimesta. Mallilla osoitetaan, että käytettäessä harmonista vaimenninta ilman viskoosivaimennusta päämassan värähtely alkuperäisellä resonanssitaajuudella saadaan poistettua kokonaan, mutta syntyy kaksi uutta resonanssitaajuutta. Mikäli harmonisessa vaimentimessa on viskoosivaimennin, värähtely alkuperäisellä resonanssitaajuudella pienenee huomattavasti, mutta ei kokonaan. Viskoosivaimentimen lisääminen madaltaa kuitenkin huomattavasti kahdella uudella resonanssitaajuudella tapahtuvaa värähtelyä. Mallista voidaan ratkaista mitoitus harmonisen vaimentimen massalle, jousivakiolle ja vaimennukselle. Vaimentimen massa ja jousivakio ovat riippuvaisia vaimentimen sallitusta värähtelyamplitudista. Malli auttaa ymmärtämään harmonisen vaimentimen toimintaa ja toimii mitoituksen lähtökohtana, mutta vapausasteiden määrä on minimaalinen eikä malli huomioi mahdollista epälineaarisuutta. Harmoniselle vaimentimelle on useita käyttökohteita koneenrakennuksessa ja suurissa rakenteissa, kuten pilvenpiirtäjät ja sillat. Kaikissa sovelluksissa tavoitteena on vähentää rakenteen värähtelyä. Koneenrakennuksessa käytetään palkkivaimentimia, leikkaustyyppisiä vaimentimia ja vääntövaimentimia. Korkeissa rakenteissa hyödynnetään jousi-massa-vaimentimien lisäksi heilurivaimentimia ja nestevaimentimia.