Simulation of hydraulic damper using accumulator-based resonator

Thumbnail Image

Files

master_Majander_Martti_2025.pdf (3.22 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2025-03-28

Department

Major/Subject

Mechanical Engineering

Mcode

Degree programme

Master's programme in Mechanical Engineering

Language

en

Pages

44

Series

Abstract

Vibration causes problems in industry, such as wear of components and manufacturing faults. Vibration may be caused by the centrifugal force generated by the rotation of an imbalanced part, for instance. As the frequency of the force causing the vibration is bear the natural frequency of the system, resonance occurs. Resonance must be avoided, as the amplified vibration may lead to catastrophic failure of the machinery. Many applications have been developed to attenuate vibration. In this thesis a hydraulic damping system using a resonator with multiple pressure accumulators at various fluid line lengths was studied. The system damps vibration at a specific frequency in a similar manner to a double spring mass system, where maximizing pressure oscillation in turn increases the force required to continue vibration of the piston. Switching between different accumulators allows for multiple frequency curves of optimal system stiffness. This enables better damping as the system stiffness changes due to the force oscillation frequency changing or the cylinder being extended or retracted during operation. It also allows shifting the natural frequency of the system to at the very least avoid resonance. In this thesis a simulation model of the system was made using MATLAB. The system was simulated and an experimental test setup using a single pressure accumulator was built based on the simulated results. Experimental measurements were processed and compared to the simulation results. The simulated results matched the measured results well in terms of prediction of the optimal frequency, but the measured maximum stiffness was considerably lower than expected. The simulation result could be adjusted by increasing the viscosity, which was believed to be higher than expected due to coiled pipes used in the test setup. However, further research with more detailed models is recommended.

Teollisuudessa tärinä aiheuttaa useita ongelmia, kuten osien kulumista ja viallisia tuotteita. Kun tärinää aiheuttavan voiman, kuten epätasapainossa olevan osan pyörimisen epäkeskeisyysvoiman, taajuus on lähellä järjestelmän ominaistaajuutta, ilmaantuu resonanssia. Resonanssia tulee välttää, sillä vahvistunut tärinä voi johtaa koneiston katastrofaaliseen pettämiseen. Useita sovelluksia on kehitetty tärinän vaimentamiseen. Tässä diplomityössä tutkitaan hydraulista tärinänvaimenninta, jossa on useaa eri putkipituuksille asetettua paineakkua käyttävä resonaattori. Järjestelmä vaimentaa tärinää tietyllä taajuudella kaksinkertaisen jousi-massasysteemin kaltaisesti, ja painevärähtelyn maksimointi kasvattaa voimaa, jota vaaditaan männän värähtelyliikkeen jatkamiseksi. Vaihtelemalla kytkettynä olevia paineakkuja mahdollistettiin erilaisia taajuuskäyriä optimaaliselle järjestelmän jäykkyydelle, joka mahdollistaa parempaa vaimennusta systeemin ominaisuuksien muuttuessa, kuten herätevoiman värähtelytaajuuden muuttuessa tai sylinterin mäntää liikuttaessa. Se myös mahdollistaa järjestelmän ominaistaajuuden siirtämisen, jolloin voidaan vähintäänkin välttää resonanssia. Tässä diplomityössä kehitettiin simulaatiomalli järjestelmästä MATLAB-ohjelmistoa käyttäen. Järjestelmää simuloitiin ja testilaitteisto yhdellä paineakulla rakennettiin simulaation tuloksiin perustuen. Mittaustulokset käsiteltiin ja niitä verrattiin simulaation tuloksiin. Simulaatiot vastasivat mitattuja tuloksia hyvin optimaalisen taajuuden arvioinnissa, mutta mitattu maksimijäykkyys oli huomattavasti odotettua matalampi. Simulaatiotuloksia pystyttiin sovittamaan nostamalla viskositeettia, jonka uskottiin olevan odotettua suurempi testijärjestelmän kierreputkien takia. Tulevaisuudessa järjestelmän tutkiminen yksityiskohtaisemmalla mallilla olisi suositeltavaa.

Description

Supervisor

Vepsäläinen, Jari

Thesis advisor

Kajaste, Jyrki

Keywords

damping, vibration, pressure accumulator, hydraulic cylinder, stiffness, simulation

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202505193820

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG