Научная статья на тему 'Демпфирование колебаний жидкости в резервуарах с перегородками'

Демпфирование колебаний жидкости в резервуарах с перегородками Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
196
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Шимановский А.О., Кузнецова М.Г.

Рассматривается метод оптимизации конструкции перегородок в резервуарах для транспортировки жидкости, который основан на максимизации диссипации энергии жидкости за один цикл ее колебаний. Выполнено компьютерное моделирование перетекания жидкости в резервуарах с перегородками различной конфигурации.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OSCILLATION DAMPING OF LIQUID IN RESERVOIRS WITH BAFFLES

The method of baffle construction optimization in reservoirs with liquids was observed. This method is based on the maximization of liquid energy dissipation per one cycle of oscillations. Computer modeling of liquid sloshing in reservoir with baffles of different configurations and without them was executed.

Текст научной работы на тему «Демпфирование колебаний жидкости в резервуарах с перегородками»

Механика специальных систем

Источником опорного напряжения для аналого-цифрового преобразователя и акселерометров может быть как внутренний источник питания микроконтроллера, так и специальная микросхема питания. Опорное напряжение - один из важнейших параметров, влияющих на точность измерений, поэтому необходимо использовать специальные микросхемы, стабилизирующие напряжение питания с погрешностью ±0,05 % и меньше. Внутренний источник питания не может стабилизировать напряжение с такими параметрами. Чем стабильнее опорное напряжение, тем более точными будут измерения. Учитывая, что для питания акселерометров и АЦП используется специальная микросхема, тем не менее подключать питание к контроллеру и акселерометрам необходимо через фильтр (рис. 2).

Рис. 2. Схема фильтрации напряжения питания

Проводя измерения, мы уже заранее предполагаем, какой частоты сигнал будет измеряться. Обычно вибрация происходит в диапазоне от единиц до сотен герц, поэтому для исключения помех на измерительном канале поставим фильтр низких частот. При измерении контроллер вносит собственные шумы в полученные данные. Для исключения собственных шумов контроллера будем использовать «спящий» режим, при котором отключается вся периферия контроллера и процессор, а запись измерений производится только в регистр АЦП. По окончании измерения процессор выходит из «спящего» режима и обрабатывает результаты. Исходя из того, что измеряемая величина в определенный момент постоянная, а со временем измеряется в течение секунд, а выборка происходит с частотой 15 000 раз в секунду, можно использовать метод усреднения для увеличения точности измерения. Контроллер примет, например, 64 выборки и возьмет среднюю величину, тем самым уменьшив погрешность измерения.

Указанные выше методы позволяют увеличить точность измерения вибрации с помощью микроконтроллера ATMega16 и акселерометров ЛБХЬ327 и снизить влияние помех на результаты измерений.

Библиографическая ссылка

1. Шевцов С. М., Ереско С. П., Ереско А. С. Автоматизация процессов измерения вибрации // Механики - XXI веку : сб. докл. VII Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием. Братск, 2008. С. 38-42.

S. M. Shevtsov, S. P. Eresko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

PERFECTION OF VIBRATION MEASUREMENT SYSTEM

The connection scheme accelerometers to the microcontroller having 8 channel ten digit analogue-digital converter is presented, factors measurements influencing accuracy and methods of increase in accuracy of measurement are considered.

© Шевцов С. М., Ереско С. П., 2012

УДК 532.5 : 629

А. О. Шимановский, М. Г. Кузнецова Белорусский государственный университет транспорта, Республика Беларусь, Гомель

ДЕМПФИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ ЖИДКОСТИ В РЕЗЕРВУАРАХ С ПЕРЕГОРОДКАМИ

Рассматривается метод оптимизации конструкции перегородок в резервуарах для транспортировки жидкости, который основан на максимизации диссипации энергии жидкости за один цикл ее колебаний. Выполнено компьютерное моделирование перетекания жидкости в резервуарах с перегородками различной конфигурации.

На транспорте и в ракетно-космических системах имеется необходимость обеспечения устойчивости движения технических средств, в которых имеются резервуары, частично заполненные жидкостью. Кроме того, при перетекании жидкости возникают силы и

моменты, действие которых может привести к повреждениям конструкции. Цель представленной работы -создание метода, позволяющего оптимизировать внутреннюю структуру резервуара на основе анализа диссипации колеблющейся жидкости. Традиционно

Решетневскце чтения

при моделировании жидкость заменялась эквивалентной механической моделью. Влияние перегородок и иных систем для гашения колебаний транспортируемой жидкости рассматривалось лишь приближенно. Модель жидкости как сплошной среды при расчетах не использовалась, что связано с ее сложностью. Различия в физических свойствах жидкостей, которые проявляются в том числе при изменениях температуры, приводят к необходимости разработки конструкций перегородок, обеспечивающих наименьшие амплитуды колебаний конструкции при транспортировке конкретной жидкости.

Предложен метод, позволяющий оценить способность перегородок автоцистерн демпфировать колебания. Метод основан на максимизации диссипации энергии жидкости за время одного ее колебания. Выбранный период времени обусловлен необходимостью уменьшения амплитуды первого колебания при торможении автомобиля. Для резервуаров ракет характерны периодические колебательные движения, поэтому оптимизация конструкции перегородок может быть осуществлена на основе диссипации энергии за некоторый промежуток времени.

Создан ряд компьютерных моделей резервуаров различного размера и формы с жидкостью в среде инженерного пакета ANS YS. Анализ результатов

двумерного моделирования показал, что при заполнении резервуара на 60 % колебания его центра масс имеют большие амплитуды, а диссипация имеет локальный минимум. Поэтому при расчетах уровень заполнения резервуара 60 % принимался как наиболее неблагоприятный.

Разработаны трехмерные конечно-элементные модели для расчетов резервуаров без перегородки и с перфорированными перегородками, включающие более 100 000 конечных элементов. Анализ результатов показал, что при диаметре перфорации до 5 см поведение жидкости в цистерне диаметром 2 м с перфорированной перегородкой практически не отличается от поведения ее в случае движения при сплошной перегородке, разделяющей резервуар цистерны на два отдельных отсека. Наилучшее демпфирование колебаний в названном случае осуществляется при диаметре перфорации 11 см.

Чтобы обеспечить безопасность движения резервуаров с жидкостями, целесообразно наряду с исследованием их динамики выполнять анализ прочности резервуаров с установленными внутри демпфирующими устройствами, а также проверять прочность внутренних перегородок под действием гидродинамических нагрузок. Такие расчеты необходимо выполнять и для аварийных режимов эксплуатации.

A. O. Shimanovsky, M. G. Kuznetsova Belarusian State University of Transport, Republic of Belarus, Gomel

OSCILLATION DAMPING OF LIQUID IN RESERVOIRS WITH BAFFLES

The method of baffle construction optimization in reservoirs with liquids was observed. This method is based on the maximization of liquid energy dissipation per one cycle of oscillations. Computer modeling of liquid sloshing in reservoir with baffles of different configurations and without them was executed.

© Шимановский А. О., Кузнецова М. Г., 2012

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.