Empirical study of rubberlike isolators in structural vibration control
No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Author
Date
2011
Department
Major/Subject
Talonrakennustekniikka
Mcode
Rak-43
Degree programme
Language
fi
Pages
110 + [10]
Series
Abstract
This master's thesis was made as a part of the project ROTEVA, funded by Tekes. For this thesis an empirical survey was conducted on the properties of rubberlike isolators. When applying rubberlike isolators in vibration design, difficulties may be encountered in the form of a shortage of material parameters and lack of knowledge in defining the given material parameters. In addition to this the field of usage for rubberlike isolators has broaden adding a diversity of environmental factors to take into account in the dimensioning. The drawbacks mentioned pose an additional challenge to the optimum design of rubberlike isolators. This thesis is divided into a theoretical and an empirical part. The theoretical part consists of the presentation of single degree of freedom (SDOF) vibration system and its solutions. To illustrate the solution for the SDOF system variables, the study provides examples such as damping and the solution in the frequency domain using the frequency response function are described. In the empirical part, the study presents the selected test specimens and the material parameters to be tested. Subsequently the study describes the tests performed and the results gathered. Materials from three different manufactures were chosen for testing. The materials selected are natural rubber based and urethane basted. The materials chosen can be applied for both building and machine vibration isolation and damping. The parameters investigated in the thesis are divided in static and dynamic. The static parameters studied are hardness and static stiffness. Regarding the dynamic parameters the dynamic stiffness is measured and studied. The study then provides a definition for dynamic stiffness in the frequency domain, based on the results of a dynamic impact test trough a fourier transform. The results from the static testing rely on the hypothesis that the behaviour of the material is linear to certain stress limit. The section on the dynamic test examines the effect of static loading and temperature on the dynamic stiffness is studied. A definition of static stiffness was obtained through a static load test, in which the load deflection curves were studied. The results show, that stiffness is not linear for the test pieces unlike assumed. The shapes of the test pieces have an effect on the resulting static stiffness. Similarly the implementation speed of the static load, and the measuring method applied also influence the resulting static stiffness. The suitability of the measuring method was verified through cross checking the results for the urethane based test pieces with those provided by the manufacturer. Dynamic stiffness was calculated at the natural frequency of the system applying the measured frequency and the mass of the system in the frequency domain. Results gained differed distinctly from the equivalent static stiffness results. The dynamic stiffness results gained employing the natural frequency and mass is to a large extent greater than the measured equivalent of static stiffness. Judging the results gained from the measurements it can be acknowledged that the use of the test pieces in vibration control design using initial values only can lead to unwanted behaviour of the isolators. Unwanted behaviour can weaken the operation of a machine or a building.Tämä diplomityö tehtiin osana Tekesin rahoittamaa ROTEVA projektia. Työssä selvitetään kokeellisesti kumimaisten eristimien ominaisuuksia. Kumimaisten eristimien hyödyntävässä värähtelyteknisessä suunnittelussa ongelmia voi aiheuttaa käytettävien materiaalilähtötietojen niukkuus sekä epätietoisuus miten kyseisiin lähtöarvoihin on päästy. Tämän lisäksi kumimaisia eristimien käyttökohteet ja sitä kautta käyttöympäristöt ovat laajentuneet. Lähtötietojen niukkuus sekä vaihtelevat ympäristöolosuhteet tuovat haasteita eristimien optimaaliseen mitoitukseen. Diplomityö on jaettu teoreettiseen ja kokeelliseen osaan. Teoreettisessa osiossa esitetään yhden vapausasteen värähtelijän liikeyhtälö ja sen ratkaisu. Ratkaisun yhteydessä on esitetty kumimaisten eristimien mitoituksessa käytettäviä suureita kuten vaimennus sekä taajuustason ratkaisu taajuusvastefunktion avulla. Kokeellisessa osiossa esitetään tutkimukseen valitut koekappaleet, niiden ominaisuudet, tehdyt mittaukset sekä saadut tulokset. Tutkittavaksi valittiin kolmen eri valmistajan materiaaleja. Materiaalit olivat sekä luonnonkumipohjaisia että uretaanipohjaisia. Tutkimukseen valittujen koekappaleiden materiaalit soveltuvat käytettäväksi sekä rakenteiden että koneiden värähtelyn hallintaan. Työssä tutkittavat suureet on jaettu staattisiin ja dynaamisiin. Tutkittavat staattiset suureet ovat kovuus sekä staattinen jäykkyys. Dynaamisista suureista työssä tutkitaan dynaamista jäykkyyttä eri tavoin määritettynä. Dynaaminen jäykkyys määritetään iskumittauskokeiden tuloksista taajuustasossa fourier-muunnoksen avulla. Staattisten suureiden koestuksen hypoteesina toimii lähdekirjallisuudessa esitetty koekappaleiden lineaarinen käyttäytyminen. Dynaamisessa koestusosiossa selvitetään staattisen kuormituksen sekä lämpötilan vaikutusta dynaamiseen jäykkyyteen. Staattisten kokeiden kuormitus-muodonmuutosarvoista eri tavoin määritetty staattinen jäykkyys ei ole tutkimuksen koekappaleilla lineaarinen. Staattiseen jäykkyyteen vaikuttavat koekappaleiden muoto, kuormitusnopeus sekä käytetty mittausmenetelmä. Mittausmenetelmän soveltuvuus varmennettiin uretaanipohjaisten koekappaleiden valmistajan ilmoittamien lähtötietojen perusteella. Dynaamisten kokeiden mittausdatasta iskumittausanalyysin perusteella määritettiin dynaaminen jäykkyys taajuusalueella. Dynaaminen jäykkyys määritettiin mitattujen systeemien ominaistaajuuksien kohdalta taajuuden ja massan avulla. Saadut dynaamisen jäykkyyden arvot eroavat selvästi vastaavista staattisen jäykkyyden arvoista. Ominaisuuden ja massan avulla määritetty dynaaminen jäykkyys on mitatuilla ominaistaajuuden arvoilla lähes aina vastaavaa staattista jäykkyyttä suurempi.Description
Supervisor
Puttonen, JariThesis advisor
Leso, NikoKeywords
rubberlike, värähtelyvaste, vibration response, vertailu, comparison, jäykkyys, stiffness
