تحليل عددي و آزمايشگاهي پاسخ محوري ايزولاتور الاستومري تحت اثر بارگذاري ضربه

Experimental and Numerical Analyses of Longitudinal Response of Elastomeric Isolator under Impact Loading

روش آزمايشگاهي براي تحليل پاسخ گذراي ايزولاتور الاستومري تحت اثر بارگذاري ضربه استفاده مي‌شود و مدل عددي براي تحليل پاسخ ايزولاتور براي تعيين ميزان نسبت انتقال و نمودار طيف پاسخ شوك در محدوده ي فركانس تحريك ارايه مي‌گردد. ايزولاتور الاستومري در مطالعه ي آزمايشگاهي به تير رزونانسي متصل مي‌شود كه در اثر ضربه ي مكانيكي تحريك مي‌گردد و شدت امواج ورودي و خروجي ايزولاتور با استفاده از حسگر شتاب در سه راستاي عمود بر هم اندازه‌گيري مي‌شود. مدل اجزاي محدودي براي تحليل پاسخ ضربه ايزولاتور ارايه مي‌گردد كه اين مدل با استفاده از روش جمع آثار شكل مدهايي تحليل مي‌شود كه فركانس طبيعي آن ها در محدوده ي فركانس تحريك ايزولاتور است. با توجه به اهميت پاسخ محوري ايزولاتور، مدل اجزاي محدود براي تحليل پاسخ محوري ايزولاتور تحت اثر بارگذاري ضربه استفاده مي‌گردد. تعداد المان لازم براي تحليل اجزاي محدود، گام زماني براي انتگرال‌گيري معادله ي حركت و تعداد شكل مدها براي اطمينان از دقت شبيه‌سازي انتشار امواج بررسي‌شده و مقادير بهينه آن ها بر اساس همگرايي نتايج تحليل انتخاب مي‌شود. ميزان افت شدت امواج تحريك در اثر عبور از ايزولاتور با توجه به ضريب ميرايي آن در شكل مدهاي مختلف در حوزه زمان و فركانس تعيين مي‌گردد. نتايج تحليل مدل ايزولاتور در دو سطح مختلف بارگذاري ضربه نشان مي‌دهد ميزان افت و نمودار طيف پاسخ شوك محاسبه‌شده با نتايج آزمايشگاهي تطابق مناسبي دارد و از اين مدل مي‌توان عملكرد ايزولاتور را با توجه به شرايط تحريك ضربه پايه آن تحليل و ميزان افت دامنه شتاب و جابه‌جايي را در خروجي ايزولاتور تعيين نمود.

An experimental procedure is used to determine the transient response of an elastomeric isolator under the impact loading conditions and a numerical procedure is developed to evaluate the corresponding acceleration transmission ratio and shock response spectrum. In the experimental analysis the elastomeric isolator is connected to a resonance beam subjected to the shock loading of a pendulum striker and the shock level is measured using acceleration sensors mounted along three orthogonal directions in the basement and free end of isolator. The shock response spectrum diagram and the level of wave attenuation are determined based on the measured acceleration levels for a wide frequency range. Finite element model based on mode superposition approach is developed to analyze the impact response of elastomeric isolator using the mode shapes with frequency in the range of impact excitation spectrum. Due to the importance of longitudinal response of isolators, the numerical model is employed to evaluate the longitudinal output acceleration time history of isolator. The number of elements, time step for motion equation integration and the number of mode shapes are studied and the optimized corresponding values are selected based on the convergence of the numerical results. The calculated results for wave attenuation level and shock response spectrum diagrams correlate well with the experimental measurements under two different impact loading conditions and the present model can be used to evaluate the performance of isolators depending on the level of impact loads, transmission acceleration and displacement ratios in the output of elastomeric isolators.