Динамические испытания демпфера на основе эластомера с ферромагнитным порошковым наполнителем

Цель. Экспериментальное исследование вибрационных характеристик пассивного демпфера, использующего эластомер с ферромагнитным порошковым наполнителем в качестве рабочего тела.
Методы. Измерение амплитудно-частотных характеристик одноосного демпфера на вибрационном стенде в широком диапазоне частот гармонического воздействия. Тестовые испытания демпфера выполнены в нагруженном и не нагруженном состояниях, варьируя имитируемую полезную нагрузку от 0 до 600 г с шагом по 200 г.
Результаты. Изготовлены одноосные демпферы оригинальной конструкции Г.В. Степанова, состоящие из двух цилиндрических намагничивающихся эластомеров, расположенных между трех кольцевых постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами. Упругие элементы установлены в разборных несущих корпусах, оборудованных фланцами для болтового крепления к платформе вибростенда. Корпуса изготовлены из пластика методом 3D-печати. В широком диапазоне вибрационных нагрузок исследовано влияние магнитного поля на виброзащитные характеристики демпфера путем замены постоянных магнитов на немагнитные шайбы. Амплитудно-частотные характеристики демпферов представляют собой типичные для подобных промышленных изделий зависимости с небольшой полосой пропускания в области нижних частот и резонансным пиком, после которого передаточная функция монотонно спадает. Измеренные характеристики демонстрируют, что наличие постоянных магнитов в конструкции демпфера приводит к значительному снижению коэффициента передачи на резонансной частоте при одновременном увеличении полосы пропускания.
Вывод. Эластомеры с порошковым ферромагнитным наполнителем являются перспективными материалами для изготовления демпферов новых конструкций. Использование сил магнитного взаимодействия частиц наполнителя в полимерной матрице усиливает диссипативные свойства демпфера, что снижает отклик системы на собственной резонансной частоте, что демонстрирует перспективность их применения для защиты электронных устройств в условиях вибрационных нагрузок.

1. Мартин Дж.М., Смит У.К. Производство и применение резинотехнических изделий. СПб.: Профессия, 2006. 480 с.

2. Сергаева М.Ю., Цисс В.Г. Обоснование работоспособности виброизоляторов систем виброзащиты авиационного оборудования // Омский научный вестник, 2005. Т. 30, № 1. С. 109- 113.

3. Исследование свойств и новое применение магнитных силиконовых композитов / А.И. Горбунов, В.П. Михайлов, Г.В. Степанов, Д.Ю. Борин, А.А. Андриянов, Д.В. Темнов [и др.] // Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2008. Вып. 70, № 1. С. 90–107.

4. Михайлов В.П., Зобов И.К., Селиваненко А.С. Демпфер на основе магнитореологического эластомера для активной виброизоляции нанотехнологического оборудования // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. № 6 (18). С. 50.

5. Васько В.М., Гребенюк С.Н., Решевская Е.С. Определение напряженно-деформированного состояния эластомерного виброизолятора // Вісник Запорізького національного університету. 2015. № 3. С. 36-41.

6. Косков М.А., Степанов Г.В., Иванов А.С. Демпфер на основе эластомера с порошковым наполнителем из магнитомягкого материала // Вестник Пермского университета. Физика. 2019. № 4. С. 5-10. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2019-4-05-10.

7. Magnetoactive elastomer based on superparamagnetic nanoparticles with Curie point close to room temperature / Yu.I. Dzhezherya, Xu W., S.V. Cherepov, Yu.B. Skirta, V.M. Kalita, A.V. Bodnaruk [et al.] // Materials & Design. 2021. Vol. 197. Art. no. 109281. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2020.109281.

8. Development of magnetorheological elastomers-based tuned mass damper for building protection from seismic events / S. Sun, J. Yang, H. Du, S. Zhang, T. Yan, M. Nakaro [et al.] // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2018. Vol. 29. P. 1777-1789. https://doi.org/10.1177/1045389X17754265.

9. Study on the vibration suppression of a flexible carbody for urban railway vehicles with a magnetorheological elastomer-based dynamic vibration absorber / Y.P. Wen, Q. Sun, Y. Zou, H.M. You // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit. 2019. Vol. 234. Р. 749-764.

10. Research and development of vibration dampers based on magnetorheological elastomers / W.J. Guo, Y.P. Luo, Z.R. Gu, X.H. Zhou, Y.C. Zhu // Open Access Library Journal. 2023. Vol. 10. https://doi.org/10.4236/oalib.1109881.

11. Райхер Ю.Л., Столбов О.В. Деформация эллипсоидального образца феррогеля в однородном магнитном поле // Прикладная механика и техническая физика. 2005. Т. 46, № 3. С. 153– 164.

12. Руководство по проектированию виброизоляции машин и оборудования. М.: Стройиздат, 1972. 160 с.

13. Современные тенденции фторсилоксановых и силоксановых каучуков и резин на их основе (обзор) / М. А. Венедиктова, И. С. Наумов, А. М. Чайкун, О. А. Елисеев // Авиационные материалы и технологии. 2014. № S3. С. 17-24.

14. Столбов О.В., Райхер Ю.Л. Модель магнитоактивного эластомера со структурным параметром // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 4. С. 75-87. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-4-75-87.

15. Мусихин А.Ю., Зубарев А.Ю. Магнитоупругие свойства в изотропных магнитных эластомерах // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 14, № 4. С. 115-130. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-4-115-130.

16. Столбов О.В. Моделирование эффекта псевдопластичности в магнитоактивном эластомере при сжатии и растяжении // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 4. С. 100-109. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-4-100-109.

17. Демпфирование колебательной системы с неполной герметизацией воздушной полости магнитной жидкостью / Е.В. Шельдешова, А.А. Чураев, Н.М. Игнатенко, Ю.А. Неручев, П.А. Ряполов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 128-145. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2023-13-3-128-145.

18. Механические свойства силиконового полимера с магнитным наполнителем в магнитном поле / И.С. Сутарина, К.К. Новиков, Е.А. Соколов, К.А. Матарыкин, П.А. Ряполов // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2024. Т. 14, № 3. С. 178-191. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2024-14-3-178-190.

19. Исследование демпфера на основе многослойного магнитореологического эластомера / В.С. Табакаев, А.М. Базиненков, Г.Б. Тужба, А.К. Шагимуратова // Динамика и виброакустика. 2024. Т. 10, № 1. C. 78–87. https://doi.org/10.18287/2409-4579-2024-10-1-78-87.