AMORTIGUADOR PARA DISIPAR ENERGÍA DE DEFORMACIÓN UTILIZANDO MATERIAL VISCOELÁSTICO.

Amortiguador para disipar energia de deformación utilizando material viscoelástico.



Amortiguador diseñado para absorber energía de deformación en sistemas que oscilan sometidos a cualquier rango de frecuencias, que comprende una primera base (1), una segunda base (2) y un cuerpo central (6). El cuerpo central de dicho amortiguador comprende al menos dos anillos concéntricos que son un primer anillo (3) y un segundo anillo (4), y entre los cuales hay dispuesta una capa de material viscoelástico (5). También hay una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la primera base (1) y dicha primera base (1); y una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la segunda base (2) y dicha segunda base (2). La primera base (1) y la segunda base (2) son anillos que incorporan elementos de anclaje a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201031952.

Solicitante: AIRBUS OPERATIONS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GUINALDO FERNÁNDEZ,Enrique.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B64C1/40 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA.B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 1/00 Fuselajes; Características estructurales comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares (características aerodinámicas comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares B64C 23/00; instalaciones de la cabina de vuelo B64D). › Insonorización o aislamiento térmico.
  • F16F1/41 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16F RESORTES; AMORTIGUADORES; MEDIOS PARA AMORTIGUAR LAS VIBRACIONES.F16F 1/00 Resortes (que funcionan con un fluido F16F 5/00, F16F 9/00). › estando constituido el resorte por elementos dispuestos de forma generalmente cónico.

Fragmento de la descripción:

Amortiguador para disipar energía de deformación utilizando material viscoelástico

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto proporcionar un amortiguador acústico en el que utiliza material viscoelástico como elemento clave en la disipación de energía.

El objetivo de la presente invención es proporcionar un amortiguador que disipe energía de deformación en elementos sometidos a espectros de amplio rango de frecuencias en las que se genera ruido y los desplazamientos son del orden de décimas de milímetro.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN

Los medios clásicos de amortiguación como por ejemplo las mantas aislantes no funcionan cuando se trata de disipar energía de deformación en elementos que están sometidos a espectros de frecuencias inferiores a 1000 Hz. Cuando hay elementos estructurales sometidos a estas frecuencias y los desplazamientos son del orden de décimas de milímetro, se genera ruido.

La patente US4759428 divulga un amortiguador viscoelástico que controla la vibración de un miembro estructural que pueda producirse por un terremoto o viento pero que produciendo solo una pequeña fuerza de reacción cuando el miembro estructural se desplaza lentamente como resultado de la deformación térmica del miembro sí mismo u otro miembro conectado. Esta propiedad se consigue usando un líquido dilatante que presenta resistencia relativamente pequeña cuando la velocidad del movimiento es pequeña y produce resistencia progresivamente grande conforme aumenta la velocidad del movimiento.

La patente US2875861 describe un amortiguador que utiliza un fluido para disipar la energía de deformación. Se utilizan las fuerzas de viscosidad que aparecen en un fluido que está colocado en el amortiguador a modo de una fina capa, estable y continua, entre dos superficies adyacentes muy cercanas entre sí, que son coaxiales a un eje y que están cada una de ellas acoplada de forma rígida a un sistema que es paralelo al mencionado eje. El amortiguador se utiliza para disminuir la oscilación relativa entre los dos sistemas.

La patente CN101736828 describe una viga-columna capaz de amortiguar esfuerzos de deformación para reforzar el sector de la estructura en el que se utiliza. Se emplea una combinación de material viscoelástico con el que absorber las deformaciones y acero con el que dar resistencia a la estructura.

Ya se conoce del estado de la técnica la utilización de materiales viscoelásticos para amortiguar vibraciones por medio de dispositivos amortiguadores que disipan energía.

Del estado de la técnica se conoce también la utilización de materiales viscoelásticos en la interfaz de un sistema cilindro-pistón.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto superar los problemas que plantean los amortiguadores del estado de la técnica para absorber energía de deformación de elementos que están sometidos a espectros de cualquier rango de frecuencias.

Así pues, el amortiguador de la invención proporciona un resultado más eficiente para altos niveles de energía donde los amortiguadores con viscoelástico que se conocen del estado de la técnica no son capaces de disipar toda la energía de deformación necesaria.

En concreto, la presente solicitud se ha diseñado para la absorción de energía de disipación de elementos sometidos a frecuencias de entre 50Hz y 500Hz. En algunas realizaciones particulares de la presente invención en las que los materiales viscoelásticos que se utilizan son gomas o materiales vulcanizados, las frecuencias a las que se absorbe energía pueden estar comprendidas entre 1Hz a 50Hz.

La presente invención propone un amortiguador para absorber energía de deformación en sistemas que oscilan sometidos a cualquier rango de frecuencias.

En elementos estructurales, las altas frecuencias de oscilación producen vibraciones de amplitud muy pequeña que se muestran como ruido. Una solución podría ser rigidizar la estructura. Esto hace que aumenten las frecuencias de resonancia. El problema es que rigidizar la estructura aumenta el peso, y en estructuras aeronáuticas o móviles esto no es aconsejable. Así pues, se debe tratar de absorber la energía que provoca la vibración.

El amortiguador objeto de la invención comprende una primera base, una segunda base y un cuerpo central. La característica novedosa de la presente invención es que el cuerpo central del amortiguador comprende al menos dos anillos concéntricos que son un primer anillo y un segundo anillo, y entre ellos hay dispuesta una capa de material viscoelástico.

El amortiguador de la invención comprende también una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la primera base y dicha primera base y una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la segunda base y dicha segunda base.

La primera base y la segunda base del amortiguador tienen orejetas, están unidas a cáncamos o utilizan cualquier otro medio de sujeción con el que se conectan a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

La primera base y la segunda base se conectan a cualquier zona o elemento de la estructura que esté vibrando en cada caso concreto en el que se aplique.

La primera base y la segunda base son anillos que incorporan elementos de anclaje a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

Los materiales viscoelásticos son conocidos por presentar tanto propiedades viscosas como elásticas en función de la temperatura a la que se encuentren. Estos materiales disipan energía cuando se les aplica una carga.

La combinación de las curvas de tensión-deformación de un material viscoelástico cuando se carga y cuando se descarga sirve para determinar la cantidad de energía que el material es capaz de disipar. La curva de tensión-deformación del material cuando se carga sigue una trayectoria determinada en función de las propiedades del material y la curva de tensión-deformación del material cuando se descarga sigue una trayectoria distinta de la anterior. El área que queda limitada por estas dos curvas refleja la capacidad de disipar energía que tiene el material viscoelástico en cuestión para una temperatura determinada.

Los materiales viscoelásticos experimentan un ciclo de histéresis cuando se someten a una carga de forma que existe una diferencia entre el periodo de carga y el periodo de descarga en el que se disipa energía en forma de calor. Como en la presente invención se utilizan láminas de material viscoelástico, el principal esfuerzo a considerar por el estado de carga es la cortadura, y esta depende del área de material sometida a esfuerzo. Así pues, el amortiguador de la presente invención comprende varias capas de material viscoelástico tratando de maximizar el área de cada una de esas capas para obtener un área total de material de viscoelástico mucho mayor que la que hay en los amortiguadores con viscoelástico del estado de la técnica. De esta forma con el amortiguador de la invención se disipa mucha más energía que con los amortiguadores del estado de la técnica.

En una primera realización preferente de la invención, el cuerpo del amortiguador está formado por anillos que tienen una forma troncocónica. En estos anillos la pared del anillo tiene el mismo espesor en toda la superficie del anillo.

En esta primera realización preferente de la invención, los anillos están dispuestos en el cuerpo central de forma que un anillo “encaja” en el anillo que queda adyacente a él. Es decir, considerando un primer anillo y un segundo anillo, la parte del primer anillo que tiene un diámetro menor que es la parte de la cara superior del anillo, se introduce en el interior del segundo anillo a través de la parte de diámetro mayor (que coincide con la cara inferior) del segundo anillo. Entre ambos anillos está dispuesta la capa de material viscoelástico. Esta capa de material viscoelástico está colocada entre la cara interior del segundo anillo y la cara exterior del primer anillo.

En caso de que el cuerpo del amortiguador esté compuesto por más de dos anillos, la conexión entre ellos se realiza de igual modo que se ha explicado en el párrafo anterior, introduciendo la parte de diámetro menor de un anillo a través del diámetro mayor de un anillo adyacente a él.

El diámetro menor de un anillo está en la cara superior del anillo mientras que el diámetro mayor de un anillo está en su cara inferior.

En una segunda realización preferente de la invención, los anillos tienen forma de arandela con una cara superior y una cara inferior biseladas.

En esta segunda realización preferente de la...

 


Reivindicaciones:

1. Amortiguador para absorber energía de deformación en sistemas que oscilan sometidos a cualquier rango de frecuencias, que comprende:

una primera base (1) ;

una segunda base (2) ;y

un cuerpo central (6) ;

caracterizado por que:

el cuerpo central comprende al menos dos anillos concéntricos que son un primer anillo (3) y un segundo anillo (4) , y entre los cuales hay dispuesta una capa de material viscoelástico (5) ;

hay una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la primera base (1) y dicha primera base (1) ; y

hay una capa de material viscoelástico entre el anillo que queda adyacente a la segunda base (2) y dicha segunda base (2) ,

donde la primera base (1) y la segunda base (2) son anillos que incorporan elementos de anclaje a la estructura en la que se coloca el amortiguador.

2. Amortiguador según la reivindicación 1, caracterizado por que los anillos tienen forma troncocónica teniendo la pared (7) del anillo el mismo espesor en toda la superficie del anillo.

3. Amortiguador según la reivindicación 2, caracterizado por que los anillos están dispuestos de forma que una parte de diámetro menor (8) situada en la cara superior (12) de un primer anillo (3) se introduce en el interior de un segundo anillo (4) a través de una parte de diámetro mayor (9) situada en la cara inferior (13) de dicho segundo anillo (4) y la capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara interior (10) de un segundo anillo (4) y la cara exterior (11) de un primer anillo (3) que se ha introducido en el interior del segundo anillo (4) .

4. Amortiguador según la reivindicación 1, caracterizado por que los anillos tienen forma de arandela con una cara superior (12) y una cara inferior (13) biseladas.

5. Amortiguador según la reivindicación 4, caracterizado por que los anillos están dispuestos de forma que un primer anillo (3) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el interior se coloca sobre un segundo anillo

(4) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el exterior y la capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara inferior (12) de un primer amillo (3) y la cara superior (13) de un segundo anillo (4) .

6. Amortiguador según la reivindicación 4, caracterizado por que los anillos están dispuestos de forma que un primer anillo (3) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el exterior se coloca sobre un segundo anillo (4) que tiene sus caras superior e inferior (12, 13) biseladas hacia el interior y la capa de material viscoelástico (5) que hay entre los anillos está dispuesta entre la cara inferior (12) de un primer amillo (3) y la cara superior (13) de un segundo anillo (4) .

7. Amortiguador según la reivindicación 4, caracterizado por que la primera base (1) tiene una primera superficie (14) que queda en contacto con la cara superior (12) de un anillo adyacente a ella y dicha primera superficie (14) tiene una forma cónica con la misma inclinación que la cara superior (12) del anillo adyacente a ella.

8. Amortiguador según la reivindicación 4, caracterizado por que la segunda base (2) tiene una segunda superficie

(15) que queda en contacto con la cara inferior (13) de un anillo adyacente a ella y dicha segunda superficie (15) tiene una forma cónica con la misma inclinación que la cara inferior (13) del anillo adyacente a ella.

9. Amortiguador según la reivindicación 1, caracterizado por que los anillos son de composite.

10. Amortiguador según la reivindicación 1, caracterizado por que los anillos son de metal o una aleación metálica.

11. Amortiguador según la reivindicación 1, caracterizado por que el material viscoelástico utilizado es un material vulcanizado.

12. Amortiguador según la reivindicación 11, caracterizado por que los anillos tienen una ranura (16) en dirección longitudinal que comunica una cara interior (10) del anillo con una cara exterior (11) del anillo y que se extiende desde la cara superior (12) del anillo a la cara inferior (13) del anillo.


 

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