Doğrusal enerji tutucuların sürekli rejim cevaplarının benzetimleri ve deneysel olarak incelenmesi

Son yıllarda titreşim konusundaki teorik ve deneysel araştırmaların artması, bunun yanında endüstriyel alanda ve günlük hayattaki konfor algısının gelişmesi doğrultusunda, titreşim sönümlemesi günümüzün önemli bir başlıklarından birisi haline gelmiştir. Gerek titreşim probleminin teknik anlamda yarattığı sıkıntılar, gerekse konfor açısından bulunduğu yer birçok araştırmacıyı ve firmayı bu alanda çalışma yapmaya itmektedir. Bu tez kapsamında incelenen Doğrusal Enerji Tutucular (DET), mekanik sistemlerde titreşim sönümü sağlayan geleneksel metotlardan ayrılarak yeni bir konsept sunmaktadır. Hali hazırda kullanılmakta olan geleneksel sönüm metotları, titreşim enerjisinin ısı enerjisine dönüştürülmesi, ana yapıya büyük kütleler eklenmesi gibi çoğu zaman sistemlerde sınırlı değişikliklere imkan tanıyan prensiplere dayanmaktadırlar. Bunun yanında, bu metotların genel olarak dar frekans bantlarında etkili olması-geniş frekans bantlarında etkisizliği ve sadece belli tahrik tipleri altında performans göstermesi de uygulama alanlarını sınırlayan parametrelerdendir. Ana yapının doğal frekansları etrafında, optimal bir frekans dağılımı ile belirlenen doğrusal enerji tutucular ise, sistemde herhangi bir ek sönüm mekanizması olmadan bir titreşim sönüm mekanizması yaratabilmektedir. Doğrusal enerji tutucularda titreşim ısı olarak dağıtılmamakta, titreşim enerjisi ana yapıdan enerji tutucu osilatörlere aktarılarak, neredeyse-tersinmez olarak hapsedilmesi şeklinde çalışmaktadır. Geleneksel metotlardan farklı olarak, darbe tipi tahriklerde oluşan yapısal titreşimleri efektif bir şekilde sönümleyebilen doğrusal enerji tutucular, bunun yanında harmonik ve rastsal tahriklerde de oldukça etkili bir şekilde titreşim genliklerinin azaltılmasını sağlamaktadır. Yapılan çalışmalarda, söz konusu optimal frekans dağılımının, ana yapıdaki titreşim enerjisini minimalize etmesinin yanısıra, toplam modal enerjinin sistemin tüm serbestlik dereceleri üzerinde eşit dağılımını da sağladığı gösterilmiştir. Enerji tutucuların çalışma prensibi, titreşim uygulamalarında kullanılan dinamik titreşim sönümleyicileri ile benzerlikler göstermektedir. Her iki uygulamada da titreyen ana yapıya bağlanan osilatör veya osilatörler, ana yapıda titreşim azalımını sağlamaktadır. Ancak dinamik titreşim sönümleyicileri, dar bir frekans bant aralığında çalışabilmesi, genellikle harmonik bir tahrik altında etkin olması gibi kısıtlara sahiptir; verimli bir titreşim sönüm uygulaması için sönümleyicilerin doğal frekansları titreşen ana yapıya göre dikkatlice ayarlanmalıdır. Bu sönümleyicilerin dar frekans çalışma aralığı ve sönümleyicilerde oluşması muhtemel yüksek genlikli titreşimler, uygulamada bir miktar ek sönüm uygulanması gerekliliğini dayatmaktadır. Doğrusal enerji tutucular ise, darbe, harmonik ve rastsal tahrikler altında efektif çalışabilmesinin yanısıra, sisteme eklenecek herhangi bir ek sönüm mekanizmasına da ihtiyaç duymadan titreşim sönümlemesi sağlayabilmektedir. Bu çalışma iki ana bölümden oluşmaktadır. İlk aşamada, dinamik titreşim sönümleyicinin ve doğrusal enerji tutucuların darbe, harmonik ve rassal tahrik tipleri altındaki sonlu elemanlar benzetimleri yapılmış, sonuçlar karşılaştırılmıştır. Darbe tipi tahrik altında dinamik titreşim sönümleyici yapı hiçbir sönüm sağlamakta, titreşim enerjisi sönümleyici ve ana yapı arasında gidip gelmektedir. Bunun yanında doğrusal enerji tutucular darbe tipi tahrik altında yüksek sönüm sağlamakta ve titreşim enerjisinin sadece küçük bir bölümünü belirli periyotlarda ana yapıya iade etmektedir. Bu enerji geri dönüş periyotları, doğrusal enerji tutucuları oluşturan osilatörlerin frekansları arasındaki fark ile ters orantılı değişmektedir. Enerji geri dönüş periyodu birbirine yakın olan osilatör sayısı arttıkça ana yapıya iade edilen enerjinin miktarı artmaktadır. Harmonik tahrik altında dinamik titreşim sönümleyici yapı sadece osilatörsüz ana yapının doğal frekansı bölgesinde etkin çalışmaktadır. Yapıya eklenmesiyle oluşan yeni iki doğal frekansın arasında kalan bölge hariç, diğer tüm frekanslarda dinamik titreşim sönümleyici hiçbir sönüm yaratmamaktadır. Doğrusal enerji tutucular ise, optimal frekans dağılımı içerisinde yer alan belirli frekanslar hariç, harmonik tahrik frekanslarında etkin sönüm sağlamaktadır. Uygulanan harmonik tahrik frekansının optimal dağılım içerisinde ve osilatörlerden birisinin doğal frekansına eş-yakın olması durumunda yüksek genlikli titreşimler ve vuru olayı görülebilmektedir. Benzetim sonuçları, rassal tahrikler altında da doğrusal enerji tutucuların dinamik titreşim sönümleyiciye göre üstün performans gösterdiğini ve etkin sönüm sağladığını göstermiştir. Doğrusal enerji tutucular ise optimal dağılımın altındaki frekansları içeren rassal tahrikte etkin bir sönüm sağlayamamış, optimal dağılımın alt limitinden başlayan frekanslar ile yüksek derecede sönüm oluşmasına neden olmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde ise doğrusal enerji tutucuların geçici ve sürekli rejim cevaplarının deneysel olarak inceleneceği bir deney düzeneği hazırlanmış ve çeşitli tahrik girişleri altında sistemin etkinliği incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan doğrusal enerji tutucuların farklı tip tahrikler altında oluşturduğu sönüm oranları elde edilmiştir. Deneysel sonuçlar, belli frekans aralıkları ve değerleri hariç, doğrusal enerji tutucuların tüm frekanslarda ve tahrik tiplerinde etkin sönüm oluşturduğunu göstermektedir.