Development of an adjustable neutraliser for passive vibration control

Abstract

Resumo: Nos últimos anos, uma atenção crescente tem sido dada ao comportamento de tubos de paredes finas sob variadas condições e ambiente de trabalho. Um tópico importante é a vibração das paredes destes dutos, que pode ser iniciada de várias maneiras e, se ressonâncias estiverem envolvidas, podem resultar em efeitos muito significativos. Uma maneira de reduzir as amplitudes indesejadas de vibração é utilizar neutralizadores de vibração. Estes são dispositivos a serem anexados ao sistema primário a fim de mudar sua dinâmica e controlar sua vibração. A teoria dos pontos fixos fornece um método para calcular os parâmetros ótimos do neutralizador passivo viscoso. Métodos numéricos e experimentais são combinados para prever o comportamento do neutralizador. Um material viscoelástico também é testado como uma alternativa para adicionar amortecimento ao dispositivo. Os parâmetros equivalentes generalizados são usados como um modelo alternativo ao sistema, e a técnica de otimização não linear fornece parâmetros ótimos para o neutralizador viscoelástico em uma dada aplicação. Resultados experimentais realizados em laboratório em um duto excitado por um shaker validam o funcionamento do neutralizador para os tipos: não amortecido, com amortecimento viscoso e com amortecimento viscoelástico. A solução viscosa provou ser uma abordagem simples, considerando a possibilidade de definir suas propriedades estruturais fundamentais (massa, rigidez e amortecimento) de forma independente. Mas a falta de um modelo matemático para prever a capacidade de amortecimento, a dependência de suas propriedades estruturais fundamentais da orientação da instalação e a grande quantidade de fluido de amortecimento que deve ser usado para alcançar um alto amortecimento são consideradas desvantagens. A solução viscoelástica foi superior considerando que uma menor quantidade de material foi necessária para alcançar um alto amortecimento, na independência da orientação de instalação e pela existência de um modelo matemático para calcular seu comportamento. A desvantagem deste caso é a alta dependência entre o amortecimento e a rigidez, o que torna a sintonização do dispositivo viscoelástico mais complexa.

Abstract: In recent years, an increasing attention has been paid to the behaviour of thin walled tubes under many varying conditions and environments. One important topic is the vibration of the tube walls, which can be initiated in a number of ways and, if resonances are involved, can result in very significant effects. One way of reducing unwanted vibration amplitudes is to use vibration neutralisers. These are devices to be attached to the primary system in order to change its dynamics and control its vibration. The fixed points theory provides a method to calculate the viscous passive neutraliser parameters. Numerical and experimental methods are combined to predict the neutraliser behaviour. A viscoelastic material is also tested as an alternative to add damping to the device. The generalized equivalent parameters are used as an alternative model to the system, and nonlinear optimization technique provides optimum parameters for the neutraliser in a given application. Experimental results on a pipe excited by a shaker validate the neutraliser functionality for all types: undamped, with viscous damping and with viscoelastic damping. The viscous case has proven to be a simple approach considering the possibility of setting its fundamental structural properties (mass, stiffness and damping) independently. But the lack of a mathematical model to predict the damping capability, the dependability of its properties depending on installation orientation and the great amount of damping fluid that must be used to achieve high damping are considered disadvantages. The viscoelastic solution was superior on the smaller amount of material needed to achieve high damping, on the independence of installation orientation and on having a mathematical model to calculate its behavior. The disadvantage of this case relies on the high dependency between damping capability and stiffness, which makes the tuning of the viscoelastic device a more complex task.