Viskoelastik elemanların lineer olmayan dinamik özelliklerinin titreşim testleri ile belirlenmesi

Abstract

VİSKOELASTİK ELEMANLARIN LİNEER OLMAYAN DİNAMİK ÖZELLİKLERİNİN TİTREŞİM TESTLERİ İLE BELİRLENMESİ ÖZET Viskoelastik malzemelerden yapılan viskoelastik elemanlar çok çeşitli uygulamalarda titreşim sönümleyici olarak kullanılmaktadırlar. Titreşim yalıtım elemanı olarak kullanılan viskoelastik elemanların özeliklerinin belirlenmesi ve optimize edilerek daha iyi titreşim yalıtımı sağlanması istenmektedir. Özelliklerin belirlenmesine yönelik analizlerin yapılması, viskoelastik malzemelerin frekansa, şekil değişimine (önyükten ve önyükleme süresinden kaynaklanan statik şekil değişimine ve sarsma genliğinden kaynaklanan dinamik şekil değişimine) ve sıcaklığa bağlı olarak değişen dinamik özelliklerinden dolayı çok zordur. Viskoelastik elemanların dinamik özelliklerinin - dinamik direngenlik ve kayıp faktörü - belirlenmesine yönelik olarak çok iyi kurgulanmış deneysel ölçüm prosedürleri bulunmaktadır. Bununla beraber, bu ölçüm prosedürlerinin uygulanması için pahalı sensörler ve kontrol mekanizmaları ile donatılmış hidrolik tahrik ediciler veya elektrodinamik sarsıcılar gibi pahalı test cihazlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, viskoelastik elemanların dinamik özeliklerinin yukarıda bahsedilen pahalı ölçüm cihazlarına gerek duyulmadan test edilebileceği iki deneysel ölçüm prosedürü anlatılmaktadır. Her iki ölçüm prosedürü de, bir ya da birden çok viskoelastik elemanın rijit bir kütle ile yüklenerek tek serbestlik dereceli sistemin oluşturulmasına dayanmaktadır. Ölçümlerde viskoelastik eleman olarak kompresör takozunun özel bir hali kullanılmıştır. İlk önerilen yöntemde, viskoelastik elemanlar kullanılarak oluşturulan tek serbestlik dereceli sistemde lineerlik kabulü yapılmaktadır. Böylece sadece frekansa bağlı olarak viskoelastik elemanın dinamik özellikleri bulunmaktadır. Bu yöntem, tek serbestlik dereceli sistemin Frekans Tepki Fonksiyonunun (FTF) ölçülmesi ve çeşitli modal analiz teknikleri ile işlenmesine dayanmaktadır. İkinci önerilen yöntemde, tek serbestlik dereceli sistemin geçici rejim cevabından yola çıkılarak viskoelastik elemanın dinamik özelliklerinin frekansa ve genliğe bağlı olarak bulunmasını amaçlanmaktadır. Birinci yönteme göre avantajı, sadece sistemin geçici rejim cevabının ölçülmesine ihtiyaç duyulmasıdır. Önerilen yöntemlerle elde edilen sonuçlar, yukarıda bahsedilen pahalı ölçüm ekipmanları kullanılarak ISO 10846-2 standardmca tanımlanan Direkt Yöntemine göre karşılaştmlmıştır. Aynı statik şekil değişimi altında birinci önerilen yöntemle bulunan kompresör takozu dinamik direngenlik sonucu, çeşitli genliklerde alman Direkt Yöntem xısonuçlarıyla karşılaştırıldığında düşük genliklerde yüksek genliklere göre daha uyumlu sonuçlar vermektedir. Bununla beraber aynı statik şekil değişiminde birinci önerilen yöntemle bulunan kayıp faktörünün, Direkt Yöntemle çeşitli genliklerde bulunan sonuçlarla uyumlu olduğu gözlenmiştir. Önerilen ikinci yöntemle yapılan kompresör takozu ölçümleri ise aynı statik şekil değişiminde ve genlikte hem dinamik direngenlik hem de kayıp faktörü açısından Direkt Yöntemle uyumlu sonuçlar vermiştir. Sonuç olarak, önerilen iki yöntemle bulunan sonuçların pek çok uygulamada kullanılabileceği görülmüştür. xıı

CHARACTERISATION OF VIBRATION ISOLATORS USING VIBRATION TEST DATA SUMMARY Viscoelastic components, made from viscoelastic materials, are used as vibration isolators in many applications. In general, the properties of viscoelastic components are characterized to have better vibration isolation. However, analysis of viscoelastic components is a difficult process mainly due to inherent dependency of the properties of viscoelastic materials to many factors, including frequency, strain (static strain depends on preload and preloading time, dynamic strain depends on dynamic loading) and temperature. There are well-established experimental procedures for the determination of the dynamic properties - dynamic stiffness and loss factor - of viscoelastic components in general. However, these procedures mostly require expensive testing equipments including hydraulic testing machines equipped with various controllers and sensors. This study presents two methods for the determination of dynamic properties of vibration isolators without the need for dedicated hardware. Both methods proposed here are based on loading one or more isolators using a rigid mass, in effect, creating a single degree of freedom system. The measurement methods presented in this study are demonstrated using a specific type of compressor grommets. First method aims to identify the frequency dependency of the properties of the vibration isolators by linearising the amplitude dependency. This is achieved by measuring and processing the Frequency Response Function (FRF) of the system by modal analyze techniques. The second method, however, makes use of the free vibration data and aims to identify both the amplitude and the frequency dependency of the dynamic properties of the isolators. Advantage of the second method is that it only requires the measurement of the system response after an impact type of excitation. Results obtained from proposed two methods are validated against independent measurements acquired using special purpose hardware convenient for Direct Method defined by ISO 10846-2 standard. Results of compressor grommet obtained by using the first method is compared with the Direct Method results at the same static strain. It is shown that dynamic stiffness result of first method is more compatible with Direct Method results obtained at the low dynamic strains rather than Direct Method results obtained at the high dynamic strains. However, loss factor result is very compatible at the Direct Method results at every dynamic strain. XlllAlso, second method results are compared with the Direct Method results at the same static strain. Dynamic stiffness and loss factor results of second and Direct Method obtained at the same dynamic strains are compatible. In conclusion, it is found that the results obtained by using two proposed methods can be acceptable for many purposes. xiv