Bauelement mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zur Verbesserung der Dämpfungseigenschaften eines Bauelements mit
dämpfenden Ver-bundschichten und zur Erweiterung des Frequenzbereiches
der wirksamen Dämpfung. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Verbundschichten
mit dämpfenden Eigenschaften versehen werden.Component with vibration-damping properties The invention relates to an arrangement for improving the damping properties of a component with damping composite layers and for expanding the frequency range of the effective damping. This object is achieved in that the composite layers are provided with damping properties.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand
der Zeichnung näher erläuterte
Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein
Bauelement mit zwei Verbundschichten; Fig. 2 stellt einen Schnitt durch ein Bauelement
mit einer einzigen Verbundschicht dar; Fig. 3 zeigt eine Dämpfungskurve; Fig.
4 und 5 sind Schnitte von weiteren Ausführungsbeispielen
der Erfindung. .
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch ein geschichtetes
Bauelement dargestellt, das zwei feste Bauteile 2 und 3 und drei zähelastische Schichten
1, 5 und 6 aufweist, Die Bauteile 2 und 3 haften an gegenüberliegenden Seiten der
nähelastischen Schicht 1 und vermitteln die Dämpfung durch Querschub der nähelastischen
Schicht. Im Vergleich zu der nähelastischen Schicht weisen die Verbundschichten
eine niedrige Hysterese und einen hohen Elastizitätsmodul auf. Die Bauteile 1, 2
und 3 sind durch die in Fig. 3 dargestellte Verlustkurve charakterisiert. Dabei
ist die Höhe des mit dem Schichtbauelement 1, 2, 3 erreichten Verlustes abhängig
von der inneren Dämpfung oder Hysterese der nähelastischen Schicht 1, wobei die
allgemeine testalt der Kurve immer die gleiche bleibt. Zur Steigerung der Dämpfung
und Erweiterung des Frequenzbereiches werden die Außenseiten der Schichten 2 und
3 mit den nähelastischen Schichten 5 und 6 versehen. Die Schichten 5 und 6 weisen
eine hohe innere Dämpfung oder Hysterese, sowie einen niedrigen Elastizitätsmodul
im Vergleich zu den Bauteilen 2 und 3 auf. Gegenüber der nähelastischen Schicht
1 sind jedoch die nähelastischen Schichten 5 und 6 mindestens mehrmals
so steif. Bei. einer dem Maximum der Kurve 4 ent-
sprechenden
Frequenz ist dabei keine große Steigerung der Gesamtdämpfung
festzustellen. Bei dieser Maximalfrequenz, die
mit
der Bezugsziffer 7 bezeichnet ist, vollzieht sich die Dämpfung vorwiegend durch
Querschubbeanspruchung der zähelaetischen Schicht 1 zwischen den Bauteilen 2 und
3. Diese Beanspruchung vermittelt eine gewisse Verformung der Bau teile 2 und 3,
während die zähelastischen Schichten 5 und 6 dem Verbiegen einen Widerstand entgegensetzen,
wodurch der Verlauf' der Verlustkurve etwas verbessert wird. Die wesentliche Verbesserung
der Verlustkurve findet jedoch bei niedrigen und hohen Frequenzen statt, die mit
den Bezugsziffern 7a und 7b bezeichnet sind, wobei die Schubbeanspruchung der nähelastischen
Schicht 1 verringert ist. Bei diesen niedrigen und hohen Frequenzen findet noch
eine Biegebeanspruchung der Bauteile 2 und 3 statt, wobei die Beanspruchung die
Dämpfung infolge der inneren Reibung oder Hysterese der Sahichten 5 und 6 verursacht.
Somit weist das Bauelement gemäß Fig. l nicht nur eine bessere Dämpfung, sondern
auch eine Dämpfung über einen größeren Frequenzbereich auf.Several exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing . FIG. 1 shows a section through a component with two composite layers; Fig. 2 shows a section through a component with a single composite layer; Fig. 3 shows a damping curve; Figures 4 and 5 are sections of further embodiments of the invention. . 1 shows a section through a layered component which has two solid components 2 and 3 and three viscoplastic layers 1, 5 and 6. The components 2 and 3 adhere to opposite sides of the near-elastic layer 1 and provide damping through transverse thrust the near-elastic layer. Compared to the near-elastic layer, the composite layers have a low hysteresis and a high modulus of elasticity. The components 1, 2 and 3 are characterized by the loss curve shown in FIG. 3. The level of the loss achieved with the layered component 1, 2, 3 is dependent on the internal damping or hysteresis of the near-elastic layer 1, the general shape of the curve always remaining the same. To increase the attenuation and widen the frequency range, the outer sides of the layers 2 and 3 are provided with the near-elastic layers 5 and 6. The layers 5 and 6 have a high internal damping or hysteresis, as well as a low modulus of elasticity compared to the components 2 and 3. Compared to the near-elastic layer 1, however, the near-elastic layers 5 and 6 are at least several times as stiff. At. at a frequency corresponding to the maximum of curve 4 , no great increase in the total attenuation can be found. At this maximum frequency, which is denoted by the reference number 7, the damping takes place primarily through transverse shear stress of the viscoplastic layer 1 between the components 2 and 3. This stress gives a certain deformation of the components 2 and 3, while the viscoplastic layers 5 and 6 oppose the bending with a resistance, whereby the course of the loss curve is somewhat improved. However, the significant improvement in the loss curve takes place at low and high frequencies, which are denoted by the reference numerals 7a and 7b, the shear stress on the near-elastic layer 1 being reduced. At these low and high frequencies, there is still bending stress on components 2 and 3, the stress causing damping as a result of the internal friction or hysteresis of layers 5 and 6. Thus, the component according to FIG. 1 not only has better attenuation, but also attenuation over a larger frequency range.
Eine vergleichbare Wirkung wird mit dem Aufbau nach Fig. 2 erreicht,
worin die Grundschicht 8, die der Schicht l in Fig. 1 entsprechende nähelastische
Schicht g und eine Verbundschicht 10 dargestellt sind, die entweder der Schicht
2 oder 3 in Fig. 1 entspricht. Wirst die Schicht 10 mit einer Schicht
aus
zähelastischem Werkstoff 11 überzogen, der mindestens mehrmals so steif wie die
Schicht g ist, aber im Vergleich Zu der Verbundschicht 10 einen niedrigen Elastizität@modul
und Im Vergleich zu der Verbundschicht 10 eine hohe innere Dämpfung aufweist, so
Wird dieselbe Verbesserung der Dämpfung vermittelt, wie mit den Bezugsziffern 7a,
7 und 7b in Fis. 3 gezeigt. Wirkt auf das Bauelement nach Fig. 1 eine Belastung
ein, so wird sie von den tragenden Bauteilen 2 und 3, die mit der nähelastischen
Schicht 1 verbunden sind, aufgenommen. Bei einer Belastung des Bauteils nach Fig.
2 wird dis Last vorwiegend durch die schwere, tragende Schicht 8 aufgenommen, obwohl
auch die Schicht 10 infolge der Verbindung mit der Schicht 9 einen Teil der Belsstung
tragen kann.A comparable effect is achieved with the structure according to FIG. 2, in which the base layer 8, the near-elastic layer g corresponding to layer 1 in FIG. 1 and a composite layer 10 which corresponds to either layer 2 or 3 in FIG. 1 are shown. If the layer 10 is covered with a layer of tough elastic material 11, which is at least several times as stiff as the layer g, but has a low modulus of elasticity compared to the composite layer 10 and a high internal damping compared to the composite layer 10, then If the same improvement in damping is conveyed as with the reference numerals 7a, 7 and 7b in FIG. 3 shown. If a load acts on the component according to FIG. 1, it is absorbed by the load-bearing components 2 and 3, which are connected to the near-elastic layer 1. When the component according to FIG. 2 is loaded, the load is primarily absorbed by the heavy, load-bearing layer 8, although the layer 10 can also bear part of the load as a result of the connection with the layer 9.
Die Schichten 2, 3 und 10 sind, wie gezeigt, mit verhältnismäßig biegefesten
Schichten aus dämpfenden Werkstoffen Überzogen. Dieselbe Wirkung kann dadurch erzielt
werden, daß die Dämpfungseigenschaften in die Schichten 2, 3 und 10 eingebaut werden.
Beispielsweise kann eine einzige Schicht aus zähelastischem _ Werkstoff, -die
weicher als die Schichten 2, 3, 10, jedoch mehrmals so biegefest
als die nähelastischen Schichten 5, 6,
11 ist, anstelle der Uberzugsschichten. 2, 5; 3,
6; bzwo 10, 1!
Verwendung finden. Hohe Dämmpfungseffekte, die jedoch nicht
Üblich
sind, werden bei Verwendung von glasfaserverstärkten. plastlschen
Werkstoffen und mit einigen Metallegierungen wie die Magnesiumlegierung
K1A und die vom U.S. Bureau of Mines entwickelter Mangankupferlegierungen wie E630
erzielt. Diese eigenschwingungsfreien Werkstoffe verhalten sich in der gleichen
Weise wie die elastischen Werkstoffe 2, 3 und 10, die durch die zähelastischen Schichten
5, 6 und 11 beruhigt worden sind.The layers 2, 3 and 10 are, as shown, covered with relatively rigid layers of damping materials. The same effect can be achieved by incorporating the damping properties into layers 2, 3 and 10. For example, a single layer of viscoplastic material - which is softer than the layers 2, 3, 10, but more resistant to bending than the near-elastic layers 5, 6, 11 is instead of the coating layers. 2, 5; 3, 6; or 10, 1!
Find use. High attenuation effects, which are not common
are, when using glass fiber reinforced. delete plast
Materials and with some metal alloys such as the magnesium alloy K1A and the manganese copper alloys developed by the US Bureau of Mines such as E630. These natural vibration-free materials behave in the same way as the elastic materials 2, 3 and 10, which have been calmed by the viscoplastic layers 5, 6 and 11.
Die in Fig. 3 gezeigte Kurve 7a, 7, 7b wurde anhand des Bauelements
nach zig. 1 aufgenommen, wobei der Kernwerkstoff 1 einen Querschub-Verlustfaktor
von 0,22 und die Schichten 2, 5 und 3 sowie 6 einen Gesamtverlustfaktor von 0,0475
aufwiesen. Demgegenüber zeigt die Kurve 4 den Verlauf für die Schichten 2, 3 aus
üblichem Werkstoff, wobei die Überzüge 5, 6 weggelassen wurden.The curve 7a, 7, 7b shown in FIG. 3 was based on the component
after umpteen. 1 added, the core material 1 having a lateral shear loss factor
of 0.22 and layers 2, 5 and 3 and 6 have a total loss factor of 0.0475
exhibited. In contrast, curve 4 shows the course for layers 2, 3 from
Usual material, the coatings 5, 6 being omitted.
Fig. 4 zeigt ein geschichtetes Bauelement mit einem zu dämpfenden
tragenden Bauteil 12, einem biegefesten dehnbaren Dämpfungswerkstoff 13, einem weichen
die Schubbeanspruchung dämpfenden Werkstoff 14 und einer Verbundschicht 15. Der
maximale Verlustfaktor bzw, das Dämpfungsvermögen der Schicht 13 tritt bei einer
Temperatur oberhalb des maximalen Verlustfaktors der Schicht 14 ein. Somit wird
bei niedrigen Temperaturen die Dämpfung des Bauelements vorwiegend durch die Querbeanspruchung
der Schicht 14 vermittelt. Bei hohen Temperaturen wird das Bauelement infolge der
Biegeverformung der Schicht 13 gedämpft.
Die Verbundschicht 15 kann
entsprechend den oben beschriebenen Maßnahmen gedämpft werden. Dies verfolgt den
Zweck, eine wirksame Dämpfung des Bauelements über einen größeren Temperaturbereich
als es mit einer entweder auf Querbeanspruchung oder Dehnbarkeit beruhenden Dämpfung
allein möglich war, zu erreichen.
Fig. 5 zeigt ein geschichtetes Bauelement,
bei dem die tragenden Verbundschichten 16 die die Belastung aufnehmenden Bauteile
darstellen, die mit den geschichteten Kernen 17 und 18 zusammenverbunden sind. Die
Schicht 17 besteht aus einem biegefesten, dehnbaren Dämpfungswerkstoff und die Schicht
18 aus einem weichen, die Querschubbeanspruchung dämpfenden Werkstoff. Das Verhalten
dieses Bauteils ist im wesentlichen das gleiche wie bei dem anhand der Fig. 4 beschriebenen
Bauteil. Die Schicht 16 kann entsprechend den oben beschriebenen Maßnahmen gedämpft
werden. In den Fig. 4 und 5 entspricht der Werkstoff für die Schichten 13, 17 dem
Werkstoff für die Schichten 5 und 6 in Fig. 1 bzw. 11 in Fig. 2. Der Werkstoff 13,
17 ist mehrmals so biegefest wie der Werkstoff 14, 18, während der Verlustfaktor
für die Bauelemente nach gig. 4 und 5 der Kurve 7a, 7, 7b ent-spricht.
Falls
in den Fig. 1 und 2 der Werkstoff für die Schichten 5, 6, 11 seine größte Dämpfung
bei einer höheren Temperatur als 1, 9 erreicht, erstreckt sich die Dämpfung über
einen größeren Temperaturbereich.4 shows a layered component with a load-bearing component 12 to be damped, a rigid, stretchable damping material 13, a soft shear damping material 14 and a composite layer 15. The maximum loss factor or the damping capacity of the layer 13 occurs at a temperature above the maximum Loss factor of layer 14. Thus, at low temperatures, the damping of the component is primarily mediated by the transverse loading of the layer 14. At high temperatures, the component is damped as a result of the bending deformation of the layer 13. The composite layer 15 can be damped in accordance with the measures described above. The purpose of this is to achieve effective damping of the component over a larger temperature range than was possible with damping based either on transverse stress or on elasticity alone . 5 shows a layered structural element in which the load-bearing composite layers 16 represent the load-absorbing structural elements which are connected to the layered cores 17 and 18. The layer 17 consists of a rigid, stretchable damping material and the layer 18 consists of a soft material that dampens the transverse shear stress. The behavior of this component is essentially the same as that of the component described with reference to FIG. 4. The layer 16 can be damped in accordance with the measures described above. In FIGS. 4 and 5, the material for the layers 13, 17 corresponds to the material for the layers 5 and 6 in FIG. 1 and 11 in FIG. 2. The material 13, 17 is several times as resistant to bending as the material 14, 18, while the loss factor for the components according to gig. 4 and 5 correspond to curves 7a, 7, 7b . If, in FIGS. 1 and 2, the material for the layers 5, 6, 11 reaches its greatest damping at a temperature higher than 1, 9, the damping extends over a larger temperature range.