Владимир Николаевич Сидоров — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информатики и прикладной математики
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
РИНЦ ID: 691222, Scopus: 39161892000, ResearcherID: C-3057-2018
Vladimir N. Sidorov — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of Department, Department of the Department of Informatics and Applied Mathematics
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
ID RSCI: 691222, Scopus: 39161892000, ResearcherID: C-3057-2018
Нэлля Николаевна Рогачева — доктор физико-математических наук, доцент кафедры информатики и прикладной математики
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
РИНЦ ID: 17172
Nelly N. Rogacheva — Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Associate Professor of the Department of Informatics and Applied Mathematics
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
ID RSCI: 17172
Юлия Германовна Жеглова — кандидат технических наук, доцент кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве
129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26
РИНЦ ID: 940377, Scopus: 57202228987, ResearcherID: AAC-8875-2022
Yulia G. Zheglova — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Information Systems, Technologies and Automation in Construction
26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337
ID RSCI: 940377, Scopus: 57202228987, ResearcherID: AAC-8875-2022
Введение. Предложен принципиально новый способ пассивного гашения колебаний конструкции в окрестности ее резонансных частот. Способ основан на использовании пьезоэффекта. С этой целью к конструкции добавлены пьезоэлектрические элементы, которые служат преобразователями энергии (механической энергии в электрическую энергию и наоборот).
Материалы и методы. Пьезоэлектрические элементы представляют собой предварительно поляризованную пьезокерамику с электродами. Для пассивного гашения вибраций используются два различных вида электрических условий на электродах: электроды короткозамкнуты и электроды разомкнуты. Изменяя электрические условия на электродах, изменяется краевая задача. Спектр собственных частот краевой задачи для конструкции с короткозамкнутыми электродами отличается от спектра собственных частот краевой задачи для той же конструкции с разомкнутыми электродами. Идея метода заключается в следующем: пусть частота колебаний конструкции с короткозамкнутыми электродами приближается к ее резонансной частоте. Разомкнем электроды, тем самым изменим спектр собственных частот конструкции. Частота колебаний, которая является резонансной частотой для конструкции с короткозамкнутыми электродами, для конструкции с разомкнутыми электродами не будет резонансной. В результате изменения электрических условий амплитуды искомых величин (прогиба, изгибающего момента, перерезывающего усилия и т.д.) существенно уменьшатся. С целью оценки эффективности пассивного гашения вибрации предложена простая формула.
Результаты. Для балки, совершающей вынужденные изгибные колебания в окрестности ее резонансной частоты, по предложенному способу пассивного гашения вибраций выполнены расчеты, получены таблицы эффективности гашения вибрации в окрестности резонансных частот и построены графики. Исследована возможность повышения эффективности гашения колебаний за счет выбора направления предварительной поляризации пьезоэлектрического материала, расположения электродов и их количества.
Выводы. Результаты исследований пассивного гашения колебаний вблизи резонансных частот с помощью пьезоэффекта подтвердили простоту и надежность предлагаемого метода.
Introduction. The paper describes a fundamentally new method of passive damping of vibrations of a structure in the vicinity of its resonant frequencies. The method is based on the use of piezoeffect. For this purpose, piezoelectric elements are added to the structure, which serve as energy converters (mechanical energy into electrical energy and vice versa).
Materials and methods. Piezoelectric elements are polarized piezoceramics with electrodes. Two different types of electrical conditions on the electrodes are used for passive vibration damping: a) the electrodes are short-circuited and b) disconnected electrodes. By changing the electrical conditions on the electrodes, we change the boundary value problem. The spectrum of natural frequencies of the boundary value problem for a structure with short-circuited electrodes differs from the spectrum of natural frequencies of the boundary value problem for the same structure with disconnected electrodes. The idea of the method is as follows: let the vibration frequency of the structure with short-circuited electrodes approach its resonant frequency. Let us disconnect the electrodes, thereby changing the spectrum of natural frequencies of the structure. The vibration frequency, which is the resonant frequency for the structure with short-circuited electrodes, will not be resonant for the structure with disconnected electrodes. As a result of changes in electrical conditions, the amplitudes of the required quantities (deflection, bending moment, shearing force, etc.) will decrease significantly. To evaluate the effectiveness of passive vibration damping, a simple formula is proposed.
Results. For a beam undergoing forced bending vibrations in the vicinity of its resonant frequency, calculations were performed using the proposed method of passive vibration damping, tables of vibration damping efficiency in the vicinity of resonant frequencies were obtained, and graphs are plotted. The possibility of increasing the efficiency of vibration damping by choosing the direction of pre-polarization of the piezoelectric material, the location of the electrodes and their number was investigated.
Conclusions. The results of studies of passive vibration damping near resonant frequencies using the piezoeeffect confirmed the simplicity and reliability of the proposed method.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.