Długi most w Rosji nie faluje dzięki pomysłowi Szwajcara i Polaka

Fot. Fotolia
Fot. Fotolia

7-kilometrowy most w rosyjskim Wołgogradzie przestał falować i stał się stabilny dzięki specjalnemu tłumikowi drgań, którego koncepcję opracowali naukowiec z instytutu Empa w Szwajcarii oraz badacz z krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej we współpracy z niemiecką firmą.

Jeszcze 2 lata temu podmuchy wiatru wystarczyły, żeby wprowadzić smukły most w Wołgogradzie w silne drgania. Most zaczynał wtedy falować tak intensywnie, że jazda po nim mogła być niebezpieczna. Kiedy w maju 2010 r. amplituda drgań wyniosła blisko 0.5 m most zdecydowano się tymczasowo zamknąć.

Dziś most już nie faluje - zainstalowano w nim specjalne tłumiki drgań, które sprawiają, że drgania przestały być niebezpieczne. Pomysłodawcami nowatorskiej koncepcji tłumików są dr Felix Weber z instytutu Empa w Szwajcarii i dr inż. Marcin Maślanka z AGH, a ich pomysł zrealizowała współpracująca z naukowcami firma Maurer Soehne.

Na dźwigarach rosyjskiego mostu umieszczono 12 ponad 5-tonowych tzw. adaptacyjnych dynamicznych tłumików drgań. Jak w rozmowie z PAP wyjaśnił dr Maślanka, pracownik Wydziału Inżynierii Mechanicznej i Robotyki AGH, dzięki zastosowanym czujnikom, specjalnej cieczy magnetoreologicznej, która może zmieniać swoje właściwości oraz mikroprocesorowemu układowi sterowania, tłumik na bieżąco dostosowuje swoją pracę do drgań, które w danym momencie wystąpią. W ten sposób drgania można wytłumić tak, by nie stanowiły zagrożenia.

Szczegóły opracowanego rozwiązania zostały opublikowane w maju w czasopiśmie „Smart Materials and Structures” .

Rozmówca PAP wyjaśnił, że zwykle do redukcji drgań mostów stosuje się mniej skomplikowane układy - tzw. pasywne dynamiczne tłumiki drgań, nazywane także tłumikami masowymi. Takie tłumiki wymagają precyzyjnego dostrojenia do występującej postaci drgań rezonansowych mostu - o określonej wcześniej częstotliwości. Tymczasem na moście w Wołgogradzie tłumienia wymagały trzy postacie drgań rezonansowych.

W przypadku, gdy wymagane jest tłumienie kilku różnych postaci drgań mostu, stosuje się większą liczbę odpowiednio rozmieszczonych i dostrojonych tłumików, przy czym każdy z tych tłumików po dostrojeniu do wybranej częstotliwości drgań może być całkowicie nieefektywny w tłumieniu drgań o innej częstotliwości.

Ponadto częstotliwości tych drgań ulegają zmianie, m.in. w zależności od temperatury, za jej sprawą zmienia się bowiem sztywność konstrukcji. Pasywne tłumiki drgań mogły się więc w tym przypadku okazać nieskuteczne.

Tłumiki nowszej generacji - tzw. adaptacyjne dynamiczne tłumiki drgań - nie są pomysłem Szwajcara i Polaka. Jak zaznacza naukowiec z AGH, takie dostosowujące się do różnych drgań urządzenia już na rynku istniały. Do 2009 r. zastosowano takie rozwiązania w około 50 wysokich budynkach w Japonii, które muszą być odporne na trzęsienia ziemi. Jak wyjaśnił dr Maślanka, układy te są kosztowne w eksploatacji ze względu na zastosowanie agregatów hydraulicznych.

To, czym wyróżniają się urządzenia użyte na moście w Wołgogradzie, to zastosowanie w nich cieczy magnetoreologicznej. Taka ciecz składa się z cząstek ferromagnetyka zawieszonych w cieczy nośnej. Pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego ciecz szybko zmienia właściwości i w skrajnym przypadku może się zachowywać podobnie do ciała stałego. Potrzebne pole magnetyczne jest wytwarzane przez cewkę magnetyczną, a natężenie pola zależy od natężenia prądu cewki.

Układem z cieczą magnetoreologiczną steruje się więc poprzez zmiany natężenia prądu cewki, którego odpowiednia wartość jest automatycznie wyznaczana przez system mikroprocesorowy na podstawie bieżących pomiarów parametrów drgań mostu. Dzięki takiemu rozwiązaniu i przy zastosowaniu opracowanego przez badaczy algorytmu sterowania można precyzyjnie dostrajać działanie adaptacyjnych dynamicznych tłumików drgań tak, aby efektywnie wytłumić drgania na moście. Energia potrzebna do zasilania tych układów i sterowania nimi jest nieporównywalnie mniejsza od energii wymaganej do zasilania hydraulicznych elementów wykonawczych.

Tłumiki drgań opracowane przez Szwajcara i Polaka mogą być stosowane nie tylko przy konstrukcji mostów, ale również w kładkach dla pieszych, wysokich budynkach czy masztach.

Dr Maślanka dodał, że konstrukcje mostów i kładek dla pieszych wpadają w intensywne drgania głównie za sprawą wiatru, ale przyczyną mniejszych drgań może być także ruch samochodów czy pieszych. Z kolei wysokie budynki mogą wpaść w drgania pod wpływem wiatru czy - jak np. w Japonii - na skutek trzęsienia ziemi. Naukowiec zwrócił też uwagę na drgania, jakie mogą wywoływać tłumy na trybunach stadionów sportowych w trakcie organizowanych tam koncertów muzycznych. Takie niebezpieczne dla konstrukcji drgania mogą np. wzbudzić podskakujący w rytm muzyki uczestnicy koncertu.

(Artykuł o użyciu cieczy magnetoreologicznej w kamizelkach kuloodpornych można znaleźć tutaj).

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

agt/

Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.

Czytaj także

  • Fot. Adobe Stock

    Ekspert: Polski teleskop poleci w przyszłym roku na orbitę Księżyca

  • Na zdj. od lewej: mgr inż. Stefania Wolff (WFTiMS PG i IMP PAN), mgr Angelika Łepek (WFTiMS PG), prof. Jacek Ryl (WFTiMS PG), dr hab. inż. Katarzyna Siuzdak, prof. IMP PAN (IMP PAN), dr inż. Wiktoria Lipińska (IMP PAN, absolwentka PG), dr hab. inż. Andrzej Nowak, prof. PG (WChem PG). Fot. Krzysztof Mystkowski / Politechnika Gdańska

    Naukowcy z Politechniki Gdańskiej zamienili kapustę pekińską w materiał do sensorów

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

newsletter

Zapraszamy do zapisania się do naszego newslettera