Manyetik titreşim sönümleyicilerin sayısal ve deneysel yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Dış etkenlerin yapılar ve çeşitli mekanik sistemler üzerinde oluşturabileceği zorlanmaların doğrusal olmayan titreşim sönümleyicilerle iyileştirilmesi üzerinde yoğunlukla çalışılan konulardan biridir. Günümüzde doğrusal olmayan direngenliğe sahip bir çok pasif titreşim sönümleyici geliştirilmiştir ve manyetik titreşim sönümleyiciler bunlardan biridir. Bu çalışmada farklı manyetik titreşim sönümleyici konfigürasyonlarının titreşim sönümleme performansı farklı zorlama durumları için deneysel olarak incelenecektir. Çalışmanın ilk başında mıknatısların birbirine bakan aynı kutuplarından doğan itki kuvvetinin oluşturduğu doğrusal olmayan direngenlik incelenmiştir. Bu direngenliğin sebep olduğu geri döndürücü kuvvet ile manyetik titreşim sönümleyicinin kinetik analizleri yapılmıştır. Daha sonra mıknatısları arasındaki uzaklığı ve sönüm seviyesi rahatça ayarlanabilen, kütlesi değiştirilebilen, doğal frekansı geniş bir frekans aralığında ayarlanabilen manyetik titreşim sönümleyici tasarlanıp üretilmiştir. Üretilen manyetik titreşim sönümleyici farklı zorlama frekansları ve genliklerinde deneysel olarak incelenmiştir. Bu deneylerde artan genlik ve frekans değerlerinde manyetik sönümleyicinin davranışına ve kütle miktarı, sönüm seviyesi gibi değişkenlerin bu davranışı nasıl etkilediğine bakılmıştır. Çalışmanın izleyen kısmında kütlesi değiştirilebilen ve doğal frekansı ayarlanabilen bina modelinin, üzerinde etkin bir sönüm yöntemi olmadan sinüs ve deprem tipi girdiler karşısındaki yanıtlarına bakılmıştır. Ardından aynı yapı üzerine manyetik titreşim sönümleyici yerleştirilmiştir. Belli bir ayardaki manyetik titreşim sönümleyicinin farklı doğal frekanstaki yapılar üzerindeki performansı sinüs ve deprem zorlamaları yönünden deneysel olarak incelenmiştir. Tüm deneylerde yapı üzerindeki yıkıcı kuvvetleri temsil eden veriler toplanmış ve kaydedilmiştir. Çalışmanın sonucunda, manyetik titreşim sönümleyicinin ayarlarının değiştirilmesine gerek kalmadan farklı doğal frekanslı binalarda başarılı olduğu görülmüştür. Ancak her girdi tipi için iyileşme elde edilmesi için manyetik titreşim sönümleyicinin ayarlanmasında dikkat edilmesi gereken bazı ayrıntılar vardır. Bu ayrıntılara dikkat edildiğinde manyetik titreşim sönümleyicinin verimi artmaktadır ve daha yüksek sönümleme performansı görülmektedir. Anahtar Kelimeler: Manyetik titreşim sönümleyici, Eddy akım sönümü, Ayarlanmış kütle sönümleyici, Doğrusal olmayan direngenlik

Reducing the stress caused by external factors on buildings and other mechanical systems using non-linear vibration absorbers is one of the subjects that has been studied extensively. Nowadays, many vibration absorbers with non-linear stiffness elements have been developed which includes magnetic vibration absorbers. In this study, vibration attenuation performances of magnetic vibration absorbers with different tuning configurations against different types of disturbances is examined. Initially, non-linear stiffness that results from the repulsives force caused by facing identical poles of two magnets is investigated. Kinetic analysis of the magnetic vibration absorber is performed with the help of restoring force derived from this non-linear stiffness. Afterwards, a magnetic vibration absorber that features a wide spectrum of natural frequencies by adjusting distance between magnets, along with changable mass and damping level was designed and manufactured. This magnetic vibration absorber was tested experimentally by various disturbing frequencies and amplitudes. In these experiments, the behaviour of the magnetic vibration absorber against increasing amplitudes and frequencies was examined and the effect of parameters such as mass and damping level on this behaviour was investigated. In the following part of this study, dynamic responses of a primary building model with adjustable mass and natural frequency against sinusoidal and seismic inputs were obtained in absence of an effective damping method. Then, the magnetic vibration absorber was placed on the same primary building model and performances of the magnetic vibration absorber on building models with different natural frequencies against the same sinusoidal and seismic inputs were examined experimentally. In the end of every experiment, data measured by sensors which quantifies the destructive forces on the primary building were recorded. In the conclusion of this study, it was observed that the magnetic vibration absorber is capable of mitigating the responses of the primary buildings of different natural frequencies without requiring to re-tune. However, there are certain tuning parameters to consider if an effective absorbing performances for all types of inputs is desired. If these parameters is set correctly, efficiency of the magnetic vibration absorber is increased and improved attenuation is observed. Keywords: Magnetic vibration absorber, Eddy current damping, Tuned mass absorber, Non-linear stiffness