Dynamic properties of wire rope isolator
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
63+36
Series
Abstract
In the context of heavy machinery, vibration isolation is often necessary because vibration excited by the machine could be harmful for the machine itself or its surroundings. Rubber isolators are usually used for the vibration isolation due to their well isolation capacity and low-cost. A wire rope isolator (WRI) is a passive isolator, which properties differ from the properties of rubber isolators. WRIs have non-linear dynamic properties, which depend on the direction and the magnitude of the loading. Due to the strong non-linear behavior, modelling of the dynamic properties of WRIs is complicated. Thus, they are determined experimentally. In this thesis, dynamic properties of three sizes of wire rope isolators are determined experimentally with two methods. The methods are determined in ISO 10846 standard. Measurement setups are made and verified for both methods. The dynamic properties are determined in relation to the excitation amplitude because it is known to have major influence. In addition to the effect of the excitation amplitude, the influence of the static preloading is measured. For the comparison, rubber isolators, which are used for similar purpose as the investigated wire rope isolators, are tested experimentally. The comparison is reasonable because behaviors of wire rope isolators and rubber isolators differ strongly. In addition to experimental investigation, mathematical models of wire rope isolators are studied. Two mathematical models, which have similar properties with wire rope isolators, are tested. They are fitted to the measurement data of wire rope isolators. Results of the models are compared to the experiment results. Two independent methods were used for measuring the dynamic properties of the wire rope isolators. The methods gave compatible results. Therefore, the experimental results could be considered reliable. The effect of the excitation amplitude was noticed to be significant, which was assumed based on the previous research by others. The influence of the static preloading was minor, but consistent. The experimental tests confirmed the assumption that the excitation frequency has insignificant effect on the dynamic properties of wire rope isolators. The investigated mathematical models have partly similar behavior with wire rope isolators, but their damping differed clearly from the measurement results. Stiffness and damping of the models are connected to each other, and therefore fitting both properties to the measurement results was found out to be difficult. Analysis of the models showed that by developing the models, closer fit of the model to the measurements could be achieved.Värähtelyn eristäminen on useiden koneiden yhteydessä tarpeellista, koska koneen aiheuttama värähtely voi olla haitallista sen ympäristölle tai tietyille koneen osille. Värähtelyn eristämiseen käytetään usein kumieristimiä niiden hyvän eristyskyvyn ja edullisuuden vuoksi. Vaijerieristin on passiivinen värähtelyneristin, jonka ominaisuudet poikkeavat kumieristimistä. Vaijerieristimen dynaamiset ominaisuudet ovat epälineaariset, ja ne riippuvat kuormituksen suunnasta ja suuruudesta. Epälineaarisen käyttäytymisen vuoksi vaijerieristimien dynaamisten ominaisuuksien mallintaminen on vaikeaa, minkä vuoksi ne määritetään kokeellisesti. Tässä työssä määritetään kolmen eri kokoisen vaijerieristimen dynaamiset ominaisuudet kahdella erilaisella mittausmenetelmällä, suoralla ja epäsuoralla menetelmällä, jotka ovat määritelty ISO 10846 standardissa. Mittauksia varten on rakennettu molemmille menetelmille mittausjärjestelmät. Dynaamiset ominaisuudet mitataan suhteessa heräteamplitudiin, koska se vaikuttaa merkittävästi ominaisuuksiin. Heräteamplitudin lisäksi staattisen esikuormituksen vaikutusta tutkitaan. Vertailun vuoksi vastaavissa käyttötarkoituksessa käytettäviä kumieristimiä tutkitaan vaijerieristimien lisäksi. Vertailu on hyödyllistä, koska vaijeri- ja kumieristimien käyttäytyminen on keskenään hyvin erilaista. Kokeellisen tutkimuksen lisäksi tutkitaan vaijerieristimien matemaattisia mallinnustapoja. Mitattujen ominaisuuksien perusteella valitaan kaksi mallia, joiden ominaisuudet vastaavat periaatteiltaan vaijerieristimien ominaisuuksia. Mallit sovitetaan mittaustuloksiin, minkä jälkeen mallien käyttäytymistä verrataan mittaustuloksiin. Kahdella toisistaan riippumattomalla menetelmällä määritettiin vaijerieristimien dynaamiset ominaisuudet, jäykkyys ja vaimennus. Menetelmät antoivat yhteneviä tuloksia, minkä vuoksi tuloksia voidaan pitää luotettavana. Heräteamplitudin vaikutus todettiin merkittäväksi, mikä oli odotettavaa aiempien tutkimusten perusteella. Staattisen esikuormituksen vaikutus oli vähäistä, mutta johdonmukaista. Mittaukset vahvistivat oletusta vaijerieristimien riippumattomuutta herätetaajuudesta. Tutkitut matemaattiset mallit mallinsivat osittain vaijerieristimiä, mutta ne erosivat erityisesti vaimennuksen osalta merkittävästi. Mallien jäykkyys ja vaimennus kytkeytyvät toisiinsa, minkä vuoksi molempien ominaisuuksien sovittaminen mittaustuloksiin samanaikaisesti ei ollut kunnolla mahdollista. Mallien tutkiminen osoitti, että niitä kehittämällä vaijerieristimien mallintaminen tarkemmin on mahdollista.Description
Supervisor
Viitala, RaineThesis advisor
Kinnunen, AkiTiainen, Tuomas