Dämpfungsverhalten unterschiedlicher Fluide in einem Flüssigkeitstilgersystem

Die Verwendung von Flüssigkeitstilgersystemen (Tuned liquid column dampers - TLCD) zur Dämpfung unerwünschter Strukturschwingungen stellt eine gute Alternative zu herkömmlichen Dämpfungssystemen dar. Diese werden in der Regel durch sogenannte Isolatoren oder Dissipatoren bzw. mithilfe von Masse-Feder-Dämpfern (TMD) reduziert. Isolatoren und Dissipatoren arbeiten ohne zusätzliche Masse, TMD-Systeme besitzen eine zusätzliche Masse, welche über eine Feder und meist einen viskosen Dämpfer mit dem Hauptsystem gekoppelt ist. Eben diese zusätzliche Masse sorgt sowohl beim TMD als auch beim Flüssigkeitstilger durch ihre dem Hauptsystem gegenläufige Bewegung für den gewünschten Dämpfungseffekt. Die theoretischen wie auch praktischen Laboruntersuchungen der Bemessungsparameter des Flüssigkeitstilgers sind Gegenstand des vorliegenden Beitrags. Besonderes Augenmerk liegt hierbei auf der Eigendämpfung des Fluids. Diese hängt wesentlich von den rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit selbst ab und weist dementsprechend - je nach Flüssigkeit - relativ große Unterschiede auf. Dieser Beitrag beschreibt zum einen theoretische, rheologische Grundlagen und zum anderen untersucht und überprüft er deren Auswirkungen auf das Dämpfungsverhalten eines Flüssigkeitstilgers anhand von Versuchsergebnissen. Ziel war es, die Auswirkungen der Flüssigkeitseigenschaften wie Viskosität, Scherraten, Dichte usw. auf die Eigendämpfung der Flüssigkeit darzustellen und zu vergleichen. Darüber hinaus sollte der Zusammenhang von Tilgerdämpfung und der Dämpfung des Gesamtsystems dargestellt werden. Dafür wurden mittels eines eigens entwickelten Versuchsstands Ausschwingversuche durchgeführt und die ausgewerteten Zeitverläufe gegenübergestellt.

Damping behavior of different fluids used for a Tuned Liquid Column Damper System
Tuned liquid column dampers (TLCD) represent a good alternative to other commonly used damping systems applied on engineering structures. The use of an additional mass causes a contrary motion in relation to the main oscillating system. This contrary motion enables an efficient way to mitigate unwanted structural vibrations. To obtain high damping efficiencies certain parameters of the TLCD must be optimized and adjusted to the main system. Important parameters would be the mass - m, the eigenfrequency of the damper fT, the stiffness and of course the damping of the system itself. The theoretical and experimental investigations of certain parameters are the aim of this contribution. The main focus was on the damping term of the TLCD. Since it is strongly dependent on the rheological parameters of the fluid, such as viscosity, shear rates, density etc. different fluids were tested and after evaluation compared. To execute these experiments, a test stand has been designed and built. So the main aim of this research work is to theoretically explain fundamental fluid parameters and in a further step to show how a change of these parameters changes the damping behavior of the TLCD.