nنام مخترع: دكتر امير فرج اللهي راد
nمقدمه:
nمطالعات بسياري بر روي سيستم‌هاي پيوسته و ناپيوسته انجام شده است، اما سيستم‌هاي ارتعاشي در مودهاي بالا به هنگام تشديد كمتر مورد مطالعه دقيق قرار گرفته‌اند. يكي از روش‌هاي مورد استفاده در سيستم‌هاي كنترلي استفاده از كنترل كننده‌هاي غيرفعال است و اين كنترل‌كننده‌هاي طوري تنظيم شده‌اند تا فركانس آن در حالت تشديد با سازه نوسانگر يكسان باشد
”
————————————-
n.
nتحقيقات آزمايشگاهي و تحليلي نشان ميدهد كه گروهي از ميراگرهاي غيرخطي به نام ميراگر ضربه‌اي، عملكرد بهتري نسبت به خنثي‌كننده‌هاي ارتعاشي خطي، در كاهش نوسانات سازه‌ها دارند. عامل اصلي تأثيرگذار در اين نوع ميراگرها جهت كنترل نوسانات، اين است كه نيروهاي كوچك ايجاد شده توسط جرم‌هاي كمكي هستند كه با ايجاد اغتشاش در دامنه نوسانات سازه، موجب كاهش نوسانات شديد مي‌گردند.
nميراگر ضربه‌اي جزو آن دسته از وسايل لرزشي انفعالي قرار دارد كه جهت كاهش لرزه در سيستم‌هاي پيوسته و ناپيوسته بكار برده مي‌شود. در حالت ايده‌ال، لرزش سيستمي كه به ميراگر ضربه‌اي تجهيز شده است باعث تحريك توده جرم داخل ميراگر شده و حركت اين جرم آزاد و برخوردهاي آن به دو ديواره محفظه ميراگر، باعث كاهش ارتعاشات سيستم خواهد شد. و محققين بسياري بر روي اين موضوع كار كرده‌اند و پژوهش‌هاي متعددي روي ميراگرها انجام پذيرفته است.
nنمونه‌هاي ميراگر را مي‌توان در ارتعاشات آزاد و يا ارتعاشات بوجود آمده در اثر وقوع زلزله يا باد بر روي يك سازه بررسي نمود. در عمل اصطكاك با هوا، اصطكاك بين اجزاء سيستم يا اتصالات، گسيختگي مصالح و غيره، باعث اتلاف انرژي مي‌شوند بطوريكه ارتعاش سيستم پس از مدتي مستهلك مي‌شود. با استفاده از سيستم ميراگر ضربه‌اي مي‌توان اين زمان را به حداقل رساند. با توجه به اينكه ميراگر ضربه‌اي يك سيستم كنترلي غيرفعال است ميتواند بر سيستم‌هاي سازه‌اي نيز بسيار مؤثر واقع باشد.
nبا طراحي خاص پارامترهاي كليدي ميراگر ضربه‌اي، مي‌توان به نتايج قابل قبولي دست يافت. در حاليكه طراحي سيستم‌هاي كنترلي ديگر، معمولاً بدليل طراحي آنها براي مود غالب بوده و بصورت چند واحدي طراحي نمي‌شوند، در صورت استفاده از ميراگر ضربه‌اي اين امكان وجود دارد كه به عنوان مثال بجاي يك ميراگر دو تني، از معادل جرمي آن و در چندين ميراگر چند واحدي استفاده گردد. از طرف ديگر چون در زمره سيستم‌هاي كنترلي غيرفعال جاي گرفته است از آن مي‌توان در سيستم‌هاي ارتعاشي كه امكان متصل شدن به مكانيزم‌هاي پيچيده را ندارند استفاده كرد.
nساخت نمونه آزمايشگاهي كه كمتر در كارهاي تحقيقاتي، مد نظر قرار دارد داراي دلايل متعددي است كه از جمله مي‌توان به طولاني‌شدن زمان تحقيق و هزينه سنگين انجام آزمايش كه نياز به ابزار و وسايل دقيق آزمايشگاهي دارد اشاره كرد، و هم‌چنين ترديد از عدم تطابق تئوري و عمل، محقق و پژوهشگر را در انجام اين آزمايشات با كم‌ميلي مواجه مي‌سازد، بطوريكه بيشتر از ۹۵% موضوعات تحقيقي و پژوهشي صرفا به مطالعات تئوري و انجام مثال‌هاي عددي ختم مي‌شود. در بررسي عددي يك سيستم ارتعاشي، و مقايسه پاسخ آن، با نتايج حاصله از نمونه آزمايشگاهي و با اعمال پارامترهاي يكسان، صرفا در نتايج مشابه و يا خيلي نزديك بهم مي‌توان به صحت پاسخ‌ها استناد نمود، كه در چنين حالتي بررسي عددي و تحليل آزمايشگاهي، از اعتبار لازم برخوردار خواهند بود. با توجه به گذشت قريب به ۵۰ سال از مطرح شدن مبحث ميراگر ضربه‌اي، بدليل آزمايشات اندكي كه در اين خصوص انجام شده، هنوز جاي كار بسيار در اين زمينه وجود دارد و انجام آزمايشات عملي در پي بردن به موارد مجهول و دست نيافته كمك فراوان ميتواند داشته باشد.
nخلاصه‌اي از اختراع:
nبا بررسي‌هاي انجام گرفته در خصوص ميراگر ضربه‌اي و جزئيات ساخت آن، بدليل قوانين مالكيت معنوي و حفظ حقوق طراحان، امكان دسترسي به تعداد زيادي از نمونه‌هاي ساخته شده نمي‌باشد. بدين منظور سيستم يك درجه آزادي بعنوان يك سيستم ارتعاشي، انتخاب گرديد كه تشكيل شده‌است از يك جرم كه در تراز بالا قرار داشته و بوسيله يك پايه لوله‌اي شكل به ارتعاش‌دهنده متصل مي‌شود. اين سيستم را مي‌توان مدلي مانند يك منبع آب فرض كرد. محل اتصال ميراگر ضربه‌اي، به سيستم ارتعاشي نيز در تراز بالا، در نظر گرفته شده‌است. از طرفي با توجه به جرم آزاد كروي شكل ميراگر ضربه‌اي، كه جهت انجام آزمايشات مي‌بايست متغير باشد، امكان تهيه آن در هر اندازه‌اي، امكان پذير نيست، بدين منظور با توجه به اين محدوديت، براي اينكه بتوانيم ضرايب جرمي اعمال شده در بررسي‌هاي عددي را، در نمونه آزمايشي نيز اعمال كنيم، ناچارا بايد سيستم يك درجه آزادي طراحي بشود كه قابليت تغيير جرم اصلي را داشته باشد. از طرف ديگر بدليل اعمال نيروهايي با شدت مختلف به سيستم ساخته شده، به جهت كسب اطمينان لازم از پايداري سيستم در هنگام آزمايش، ساخت نمونه با حساسيت لازم صورت پذيرفته است.
nاز آنجا كه، يكي از اهداف اين اختراع، بررسي عملكرد ميراگر ضربه‌اي، بر روي سيستم يك درجه آزادي با سختي‌هاي متفاوت بوده‌است، لذا با تغيير ارتفاع پايه، سختي سيستم نيز تغيير كرده و مي‌توان سختي مورد نظر را لحاظ نمود، بدين منظور پايه بصورت تلسكوپي طراحي شده كه بدين دليل، پايه از حالت يكسان خارج شده و داراي سه قسمت متفاوت بوده كه در محاسبات، از جرم هر قسمت، مانند تحليل ساده سيستم يك درجه آزادي صرف‌نظر نشده است. در حقيقت مي‌توان گفت كه يك سيستم يك درجه آزادي تعميم‌يافته، طراحي شده‌است.
nبا توجه به مطالعات و بررسي‌هاي انجام شده بر روي ميراگرها و تحليل‌هاي انجام گرفته در سيستم‌هاي يك درجه آزادي و چند درجه آزادي، تحت بارهاي تك‌ضربه، هارمونيك و زلزله و هم‌چنين تأثير پارامترهاي موثر بر سيستم، طراحي ميراگر ضربه‌اي بر اساس سيستم يك درجه آزادي انجام يافته است. در ساخت نمونه دقت بسياري بعمل آمده و جهت جوش كاري قطعات از جوش آرگون استفاده شده است. اتصال قطعات بيكديگر جوري انجام شده كه كاملا قرينه بودن سيستم حفظ گردد و اتصال پايه اصلي به سيستم نوسانگر بسيار با دقت و ظرافت خاص انجام گرفته در غير اين‌صورت امكان مردود شدن نمونه در حين آزمايش را مي‌توانست سبب شود.
nدلايل نوآوري ميراگر ضربه‌اي
nبطور كلي دلايل ذيل را مي‌توان از جمله نوآوري‌هاي اين اختراع بشمار آورد:
nمساله بسيار اساسي كه شايد مهمترين و بالاترين مشخصه خاص اين ميراگر در بحث نو آوري ميتواند مد نظر قرار گيرد قابليت تغيير جرم سيستم اصلي مي‌باشد كه بررسي‌هاي انجام شده بر روي ميراگرهاي ساخته شده نشان ميدهد كه غالبا جرم سازه اصلي را بدليل مشكل بودن براي تغيير اجبارا ثابت و جرم ميراگر را متغير در نظر مي‌گيرند كه بتوان ضرايب جرمي را تغيير داد و تاثير ضرائب جرمي را در موثر بودن ميراگر در كاهش ارتعاشات بررسي نمود ولي اين ميراگر قابليت اين را دارد كه جرم سازه اصلي نيز علاوه بر جرم ميراگر، قابليت تغيير را داشته باشد كه اين تغيير در سيستم اصلي بصورت كاملا متقارن انجام مي‌شود كه كمترين خطا را در نتايج در بر خواهد داشت.
nتغييرات پارامتر كليدي ديگر "اندازه مسير حركتي جرم آزاد"نيز بسادگي انجام پذير است و براحتي مي‌توان اين پارامتر را در كمترين زمان ممكن تغيير داد و مسير حركت جرم ميراگر كم و يا افزايش داد. بررسي‌هاي انجام شده بر روي ميراگرهاي ساخته شده نشان ميدهد كه دامنه تغييرات مسير حركتي محدود بوده و ساخت ميراگر جوري بوده است كه صرفا براي مقادير خاصي اين امكان وجود دارد كه پارامتر طول مسير حركتي جرم آزاد را تغيير داد.
nجنس "مسير حركتي جرم آزاد"كه تاثير مستقيم در افزايش يا كاهش پارامتر كليدي سوم "ضريب بازگشت" دارد نيز براحتي قابليت تغيير را دارد و با قرار دادن دو قطعه شيشه بر روي مسير حركتي تغييري در ميراگر حادث نمي‌شود و نياز به جابجايي قطعات و يا تغيير در آنها نمي‌باشد در حاليكه در ميراگرهاي مورد بررسي نياز به باز و بسته كردن قطعات مختلفي مي‌باشد تا امكان تعويض مسير حركتي جرم آزاد ميسر گردد.
nدر حقيقت سادگي اجرا همراه با دقيق بودن پارامترها كه امكان تغييرات را سهل الوصول نموده مهمترين عامل نوآوري اين ميراگر بوده است.
nموارد ذكر شده فوق از جمله دستآوردهاي اين كار تحقيقي بوده كه بعضا تا بحال كمتر مورد بررسي و تحقيق واقع شده‌اند.
nقابل ذكر است كه اين اختراع با همكاري آقاي دكتر سيد مهدي زهرائي استاد دانشگاه تهران انجام يافته و از دكتر امير فرج اللهي راد كه از اساتيد دانشگاه مي‌باشند و در شركت مهندسان مشاور اوج پژوهش صنعت، بعنوان مشاور عالي پروژه طرح ارتباطي خليج فارس فعاليت دارند تا كنون در خصوص موضوع اختراع به ثبت رسيده مقالات بسيار زيادي در مجلات علمي معتبر داخلي و خارجي و هم چنين كنفرانس‌ها، سمينارها و همايش‌هاي داخلي و خارجي به چاپ شده است كه از جمله به برگزيده شدن مقاله ايشان در كنفرانس ۲۰۰۸ داووس سوئيس مي‌توان اشاره كرد.
nاين اختراع در تاريخ ۲۳/۲/۱۳۹۲ و شماره ۱۷۰۶-۷-۹۲ به تأئيد مركز تحقيقات راه، مسكن و شهرسازي و مورخه ۱۳/۳/۱۳۹۲ به شماره ثبت ۷۹۶۲۵ در اداره ثبت اختراع و اداره كل مالكيت صنعتي به ثبت رسيده است.
‘
