Damper models and their impact on shock response

Abstract

Mechanical vibration and shocks may be devastating, in particular to military equipment. Therefore, vibration and shock damping are of crucial importance to military hardware. Vibrations can cause material fatigue. They can also cause emission of sound which can reveal the presence of ships and vehicles. Silence is crucial for submarine operations. Shocks from weapons can damage equipment. The ability to survive shocks and protect personnel and equipment has the highest priority. To achieve adequate protection related to vibration and shocks, it is important to have good understanding of shock and vibration mechanics and to have knowledge of the impact of shock and vibration on actual equipment. To reduce the devastating effects of shock and vibrations, suitable dampers are used. The focus of the current work, is devoted to shock-response, including a theoretical study of the effects of the most common models for shock and vibration dampers. The damping quality of four common rubber damper models is studied. Here, linear dampers are mostly considered, but in the real world, the assumption of small amplitudes are not always valid. Therefore a section is devoted to the effect of nonlinear stiffness. This effect occurs when a damper is compressed to its limit. This leads to extreme accelerations implying a very high destruction potential. The report is finalized with a study of the Frahm damper, also called the tuned mass damper and its effect in a parallel shock damping system.

Mekaniske vibrasjoner og sjokk kan være ødeleggende for militært utstyr. Derfor er demping av vibrasjoner og sjokk av stor relevans for militære systemer. Vibrasjoner kan forårsake materialtretthet. Vibrasjoner kan også generere lyd som i sin tur kan avsløre tilstedeværelsen av skip eller kjøretøy. Akustisk “stealth” er en særdeles viktig egenskap for undervannsbåter. Sjokk fra våpen kan ødelegge militært utstyr. Overlevelsesevnen for sjokk for personell og utstyr har høyeste prioritet. For å oppnå adekvat beskyttelse relatert til vibrasjoner og sjokk er det viktig å ha kunskap om sjokk og vibrasjonsmekanikk, og effekten av sjokk og vibrasjoner på aktuelt utstyr. For å redusere virkningen av sjokk og vibrasjoner, benyttes tilpassede dempere. Denne studien omfatter en teoretisk studie av effekten av de mest vanlige sjokk- og vibrasjonsdempere. Demperkvaliteten for fire vanlige gummimodeller blir studert. Studiet omfatter hovedsakelig lineære modeller, men i den virkelige verden er ikke amplituder alltid små og antagelsen om linæritet bryter da sammen. Derfor er et avsnitt i rapporten viet effekten av ikkelineær stivhet. Denne effekten opptrer når en demper presses til grensen. Dette fører til ekstreme akselerasjoner og et høyt skadepotensial. Arbeidet avsluttes med et studie av Frahm-demperen som også kalles the tuned mass damper og dennes effekt. Her diskuteres denne demperen satt inn i et parallelt sjokkdempingsystem.