وحید عرب ملکی
-
در این مقاله، رفتار ارتعاشات غیرخطی میکروورق نانوکامپوزیتی تقویت شده با نانولوله های کربنی در تماس با سیال ساکن بررسی شده است. معادلات حرکت با استفاده از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول صفحات و در نظر گرفتن اثر اندازه های کوچک و تغییر شکل های بزرگ به دست آمده است. خواص مکانیکی معادل با استفاده از قانون مخلوط ها تعیین شده است. معادلات غیرخطی حاکم با استفاده از روش گالرکین گسسته سازی شده و پاسخ معادله به صورت عددی به دست آمده است. پس از صحت سنجی نتایج، تاثیر مشخصات هندسی میکروورق، پارامتر اندازه های کوچک، ارتفاع سیال و کسر وزنی نانولوله های کربنی بر فرکانس های طبیعی و پاسخ دینامیکی مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش ارتفاع سیال فرکانس طبیعی کاهش می یابد. همچنین، تقویت میکروورق با استفاده از نانولوله های کربنی باعث رفتار سخت شوندگی فنر نرم شونده شده و منحنی پاسخ را به طور قابل ملاحظه ای به سمت راست خم می کند. این خمش با تغییرات جزئی در فرکانس تحریک می تواند باعث بروز ناپایداری جهش شود. نمودارهای پاسخ زمانی، منحنی فاز و پوانکاره نشان می دهد که رفتار ارتعاشی متناوب، شبه متناوب و آشوبناک در سیستم اتفاق می افتد.
کلید واژگان: تحلیل ارتعاشی, میکروورق, نانوکامپوزیت, نانولوله های کربنی, سیال ساکن, فرکانس طبیعیThis paper discusses the nonlinear dynamic behavior of nanocomposite microplates reinforced with carbon nanotubes in contact with static fluids. Equations of motion are derived using the first-order shear deformation theory of plates and considering the size effects and large deformations. Effective mechanical properties are determined by applying the law of mixtures. By use of the Galerkin method, the nonlinear equations governing motion are discretized and the numerical solution is obtained. The results have been verified and the effect of micro-plate geometrical characteristics, small size parameter, fluid height and weight fraction of the carbon nanotubes studied on natural linear and nonlinear frequencies and the dynamic response has been evaluated. The results indicate that the natural frequency of the system decreases with increasing fluid height. The reinforcement of microplates by carbon nanotubes also results in a softening of the stiffening behavior of the spring and a substantial bending of the response curve. Depending on the excitation frequency, this bending may result in jump instability. By examining the time response, phase, and Poincaré map of the system, periodic, quasi-periodic, and chaotic vibration behavior can be observed.
Keywords: Vibration Analysis, Microplate, Nanocomposie, Carbon Nanotube, Static Fluid, Natural Frequency -
رفتار ارتعاشات عرضی و پایداری نانولولههای ویسکوالاستیک تحت میدان مغناطیسی به صورت تحلیلی بررسی شده است. با در نظر گرفتن تیوری غیرموضعی مدل تیر تیموشنکو و بکارگیری تیوری ویسکوالاستیک جامد استاندارد خطی، معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت استخراج شده است. نیروی مغناطیسی لورنتس حاصل از میدان مغناطیسی با استفاده از معادلات ماکسول محاسبه و از حل تحلیلی معادله مقدار ویژه برای نانولوله با شرایط مرزی تکیهگاههای ساده در دو انتها استخراج شده است. در ادامه اثر شدت میدان مغناطیسی، ضریب لاغری و پارامتر غیرموضعی روی فرکانسهای طبیعی و بار کمانشی سیستم مطالعه شده است. پس از بررسی صحت مدل، نتایج با استفاده از نمودارها و جداول مناسبی ارایه شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.
کلید واژگان: نانولوله کربنی, مدل تیر تیموشنکو, تئوری غیرموضعی رفتار ویسکوالاستیک میدان مغناطیسیIn this paper flexural vibration and buckling analysis of the viscoelastic nanotube under electromagnetic force is investigated analytically. In order to consider more realistic assumptions, the linear solid viscoelastic model is used. The differential equations of motion are derived via the nonlocal Timoshenko beam theory. The Lorentz magnetic force is obtained from the Maxwell's relation. The analytical method is used to obtain nonlocal natural frequencies and buckling load of the system. The influence of magnetic field, aspect ratio and nanoscale effects on the natural frequencies and buckling load are studied. Then the results are validated and illustrated with appropriate figures and tables.
Keywords: Carbon Nanotube, Magnetic Field, Viscoelastic, Timoshenko Beam, Nonlocal theory -
در این تحقیق به مطالعه برداشت انرژی توسط تیرهای متخلخل واقع در معرض جریان سیال خارجی پرداخته می شود. معادلات دیفرانسیل غیرخطی الکترومکانیکی کوپل حاکم بر رفتار ارتعاشات عرضی تیر متخلخل واقع در معرض جریان سیال خارجی با استفاده از تیوری تیر اویلر-برنولی استخراج شده است. تیر متخلخل یکسرگیردار با جرم متمرکز در انتهای آن که مجهز به یک لایه پیزوالکتریک در سطح بالایی خود است، به عنوان برداشت کننده انرژی در نظر گرفته شده و بعد از حل عددی معادلات غیرخطی حاکم به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر انرژی تولید شده پرداخته می شود. نتایج نشان می دهد که در ناحیه قفل شدگی میزان برداشت انرژی حداکثر مقدار دارد. همچنین، توزیع تخلخل تاثیر قابل ملاحظه ای بر حداکثر دامنه نوسانات و همچنین انرژی برداشت شده توسط تیر متخلخل دارد و ناحیه قفل شدگی برای تیر با توزیع تخلخل متقارن، توزیع تخلخل نامتقارن و توزیع تخلخل یکنواخت در محدود سرعت می باشد. علاوه بر این، به ازای مقاومت الکتریکی kΩ 1000، حداکثر ولتاژ تولید شده برای تیر با توزیع تخلخل متقارن به صورت سخت شوندگی در جداره، توزیع تخلخل نامتقارن و توزیع تخلخل یکنواخت به ترتیب برابر با V 0/39، V 0/44 و V 0/57 می باشد که نشان دهنده بیشترین قابلیت برداشت انرژی مربوط به تیر با توزیع تخلخل نوع سوم می باشد.
کلید واژگان: برداشت انرژی, تیر بایمورف متخلخل, ارتعاشات القائی ناشی از سیال, ناحیه قفل شدگیIn this paper, the energy harvesting by porous beams exposed to the external fluid flow is studied. The electromechanical nonlinear differential equations of the transverse vibration behavior of porous beams exposed to external fluid flow are derived using the Euler-Bernoulli beam theory. A porous beam with concentrated mass which is equipped with a piezoelectric layer at its upper surface is considered energy harvesting. After numerically solving the governing nonlinear equations, the effect of different parameters on the generated energy is investigated. The results show that in the lock-in area, the maximum amount of energy is taken. Also, the porosity distribution has a significant effect on the maximum amplitude of the oscillations as well as the energy harvesting by the porous beam. In addition, for electrical resistance of 1000 kΩ, the maximum voltage generated for the beam with symmetrical porosity distribution in the form of wall stiffness, asymmetric porosity distribution, and uniform porosity distribution is equal to 0.39 V, 0.44 V, and 57 V, respectively, which indicates the highest energy harvesting capability of the beam with the porosity distribution of the third type.
Keywords: Energy harvesting, Porous beam, Fluid induced vibrations, Lock-in region -
توسعه روش اغتشاشات- هوموتوپی به منظور بررسی ارتعاشات غیرخطی تیر مدرج تابعی متخلخل تحت بارگذاری خارجیدر مقاله حاضر، ارتعاشات غیرخطی عرضی با دامنه بزرگ تیر مدرج تابعی متخلخل واقع بر بستر وینکلر تحت بارگذاری خارجی به صورت تحلیلی مورد مطالعه قرار داده می شود. خواص تیر مدرج تابعی متخلخل مطابق با قانون توانی به طور پیوسته در سطح مقطع تیر تغییر می کند. معادله دیفرانسیل حاکم بر حرکت تیر اولر- برنولی با بکارگیری اصل هامیلتون و با فرض غیرخطینگی ون کارمن به دست می آید. با اعمال روش گالرکین و با درنظر گرفتن شرایط مرزی دو سر گیردار غیرمتحرک، همچنین با فرض بار خارجی یکنواخت خارجی، معادله دیفرانسیل با مشتقات جزیی، تبدیل به معادله دیفرانسیل معمولی می شود. به دلیل بزرگ بودن ضریب جمله غیرخطی و نیز به دلیل ناهمگن بودن معادله غیرخطی حاصل، روش های کلاسیک اغتشاشات قادر به حل مساله نمی-باشند. به منظور حل، روش اغتشاشات- هوموتوپی اصلاح شده، توسعه داده می شود. در ادامه برای صحه گذاری، نتایج پاسخ زمانی به دست آمده از روش اغتشاشات- هوموتوپی توسعه یافته با نتایج عددی به ازای دامنه ها و فرکانس-های تحریک مختلف، مقایسه می-شود. همچنین نتایج به دست آمده برای مقدار افزایش فرکانس غیرخطی تیر مدرج تابعی متخلخل دوسرگیردار با روش حاضر و روش-های موجود در ادبیات فن مورد مقایسه قرار می گیرد. مقایسه نتایج نشان می-دهد که روش ارایه شده از دقت بسیار خوبی برخوردار است. در نهایت، منحنی های پاسخ فرکانسی تیر به ازای مقادیر مختلف شاخص توانی کسر حجمی و نیز کسر حجمی تخلخل، ارایه شده و مورد بررسی قرار می گیرد.کلید واژگان: ارتعاشات غیرخطی اجباری, تیر مدرج تابعی متخلخل, توسعه روش اغتشاشات-هوموتوپی, بستر وینکلرIn this paper large amplitude vibration analysis of a porous FG-beam rested on a Winkler foundation and subjected to a harmonic loading is analytically investigated. The material properties of the porous FG beam are assumed to vary continuously according to a simple power law. Employing Von Karman’s geometric nonlinearity, implementing the Galerkin’s method and assuming doubly clamped immovable end boundary conditions, the governing nonlinear partial differential equation is reduced to a nonlinear ODE. Because of the large coefficient of the nonlinear term and due to existence of the external harmonic loading effect, none of the traditional perturbation methods leads to a valid solution. So, in order to solve this nonlinear nonhomogenous equation, the modified homotopy perturbation method is developed and it is called developed homotopy perturbation method (DHPM). For validating, the time response results obtained by DHPM and numerical methods are compared for various values of excitation amplitudes and frequencies. The increasing of nonlinear frequency obtained by DHPM with those of existence literature revealed a good agreement with a desired accuracy. Finally, the frequency response curves are presented for different values of volume fraction exponent together with porous volume fraction and the effects of nonlinearities on the frequency response curves are discussed in detail.Keywords: Nonlinear Forced Vibration, Porous FG-Beam, Developing Homotopy Perturbation Method, Winkler Foundation
-
در مقاله حاضر تاثیر جاذب ارتعاشی یک درجه آزادی بر کاهش دامنه ارتعاشات لوله های حامل سیال با روش نیمه تحلیلی مطالعه شده است. با در نظر گرفتن تئوری تیر اویلر-برنولی، معادلات حرکت لوله و جاذب ارتعاشی استخراج شده است. با در نظر گرفتن چهار شکل مود ارتعاشی اول لوله، معادلات حرکت با استفاده از روش گالرکین گسسته سازی و به صورت عددی حل شده اند. سپس، فرکانس های طبیعی لوله حامل سیال با تکیه گاه های ساده در دو انتها به صورت تحلیلی استخراج شده و رابطه صریحی برای تعیین مشخصه های جاذب ارتعاشی ارائه شده است که با دقت بسیار مناسبی می توان از این رابطه به منظور طراحی جاذب ارتعاشی استفاده کرد. پس از صحه گذاری بر نتایج روش ارائه شده، تاثیر پارامترهای مختلف بر کاهش دامنه نوسانات سیستم با استفاده از منحنی های مناسبی بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت سیال دامنه نوسانات سیستم افزایش می یابد که با استفاده از جاذب ارتعاشی بهینه می توان دامنه را تا حدود 80 درصد کاهش داد. بر این اساس استفاده از این نوع جاذب با توجه به سادگی نصب و استفاده و همچنین قابلیت جذب انرژی بالا می تواند راهکار مناسبی جهت کاهش و یا حذف ارتعاشات ناخواسته ناشی از سیال در لوله های حامل سیال باشد.کلید واژگان: لوله حامل سیال, جاذب ارتعاشی, کاهش دامنه نوسانات, روش گالرکینIn this paper, by using a semi analytical method the effect of dynamic vibration absorber on amplitude reduction of fluid conveying pipe is investigated. Considering the Euler-Bernoulli beam theory, the governing equations of motion are derived. By using the first four vibration modes of the fluid conveying pipe, the Galerkin method is applied to discretize the equations, and then the discretized equations are solved numerically. Moreover, simple approximate analytical expressions are proposed for prediction of the natural frequencies of the simply supported fluid conveying pipe and the dynamic vibration absorber parameters. After validating the results of the proposed method, some proper curves are plotted to characterize the effects of system parameters on reduction of pipe vibration amplitude. The results indicate that around the first critical fluid velocity, by using an appropriate vibration absorber, the vibration amplitude can be reduced by 80%. Therefore, this type of absorber due to its simplicity of installation and high energy absorption capacity, can be considered as a benefit method to reduce/eliminate unwanted vibrations of the fluid conveying pipes.Keywords: Fluid conveying pipe, Vibration absorber, Amplitude reduction, the Galerkin method
-
با ارائه فرم کلی مدل ویسکوالاستیک، مشخصه های ارتعاشی لوله های ویسکوالاستیک حامل سیال مطالعه شده است. معادله حرکت با لحاظ کردن انواع مدل های ساختاری ویسکوالاستیک استخراج و شکل مودهای سیستم با ارائه حل دقیق بدست آمده است. نتایج نشان می دهد که با اعمال مدل ویسکوالاستیک، فرکانس های طبیعی کاهش یافته و سرعت ناپایداری دیورژانس در مودهای بالاتر به شدت افزایش می یابد. به عنوان یک نتیجه جدید مشاهده می شود در لوله های ویسکوالاستیک به ازای مقادیر مشخصی از پارامترها، ناپایداری فلاتر می تواند سریع تر از ناپایداری دیورژانس اتفاق افتد. بعلاوه، به علت عدم تاثیر یکسان رفتار ویسکوالاستیک بر مودهای ارتعاشی، رفتار مودهای ترکیبی ظاهر نمی شود.کلید واژگان: لوله حامل سیال, ویسکوالاستیک, تحلیل دینامیکی, مقادیر ویژه مختلط, ناپایداریIn this paper, applying the general form of the viscoelastic model, vibration characteristics of viscoelastic fluid conveying pipes are investigated. By considering various viscoelastic constitutive equations, the equation governing the motion of the fluid conveying pipes is obtained, and by introducing a new analytical method, the exact mode shapes of the system are derived. Then, the effect of various system parameters on the complex eigenvalues and the instability of kind divergence and flutter are studied. The results show that for a pipe with viscoelastic behavior, the natural frequencies decrease and at the higher modes, the divergence critical fluid velocity increases dramatically. As a new result, it is observed the viscoelastic fluid conveying pipes with certain values of viscoelastic parameters, can experience the flutter instability before the divergence one. In addition, because the viscoelastic behavior does not affect all the vibration mode shapes in the same manner, therefore, the coupled-mode flutter does not take place.Keywords: Fluid conveying pipes, viscoelastic, Dynamic Analysis, Complex eigenvalues, Instability
-
ارتعاشات ناشی از سیال در لوله های حامل سیال می تواند باعث خستگی و شکست در این سیستم ها شود، از این رو کنترل ارتعاشات ناخواسته و کاهش دامنه نوسانات در لوله های حامل سیال حائز اهمیت می باشد. بدین منظور، در تحقیق حاضر با ارائه جاذب ارتعاشی غیر فعال برای لوله های حامل سیال، تاثیر پارامترهای جاذب بر مشخصه های ارتعاشی سیستم بررسی شده است. معادلات حاکم بر حرکت با استفاده مستقیم از قانون دوم نیوتن استخراج و با حل تحلیلی معادلات بر مبنای سری های توانی، معادله مشخصه و شکل مودهای ارتعاشی سیستم استخراج شده است. پس از صحه سنجی نتایج، تاثیر پارامترهای جاذب ارتعاشی و سرعت سیال بر مشخصه های ارتعاشی لوله حامل سیال بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که تاثیر جاذب بر کاهش حداکثر دامنه نوسانات با افزایش جرم جاذب کمتر شده و در سرعت های مختلف سیال، با تعیین مقدار مناسب پارامترهای جاذب، می توان دامنه نوسانات سیستم را به صورت قابل ملاحظه ای کاهش داد. استفاده از جاذب ارتعاشی مناسب باعث می شود تا در سرعت های سیال نزدیک به سرعت بحرانی سیال که دامنه نوسانات سیستم به بیشترین مقدار خود می رسد، حداکثر دامنه نوسانات سیستم به ازای جاذب واقع در موقعیت 0.07 از انتهای لوله در حدود 98 درصد کاهش یابد. روش ارائه شده در تحقیق حاضر به سهولت می تواند جهت طراحی جاذب ارتعاشی غیر فعال برای لوله های حامل سیال با انواع مختلف شرایط مرزی مورد استفاده قرار گیرد.کلید واژگان: لوله حامل سیال, جاذب ارتعاشی, رفتار ویسکوالاستیک, فرکانس های طبیعی, سرعت بحرانیThe fluid induced vibration in fluid conveying pipes can cause fatigue and failure in the system. Therefore, controlling these unwanted vibrations and suppressing the vibrations of the fluid conveying pipe is important. In this paper by considering the passive vibration absorber for the fluid conveying pipe, the influence of the vibration absorber parameters on the dynamic behavior of the system is investigated. The governing equations of motion are obtained via the Newtons second law, and analytical solutions for the characteristic equation and mode shapes of the system are obtained through the power series method. After verifying the obtained results, the effect of the vibration absorber parameters and the fluid flow velocity on the vibration behavior of the fluid conveying pipe have been investigated. Results show that by increasing the absorber mass, the effect of absorber on decreasing the oscillations amplitude is diminished. At different fluid velocities, the oscillation amplitude of the system can be reduced considerably by specifying proper values of the absorber parameters. At velocities near the critical velocity, where the oscillation amplitude reaches a maximum value, using a suitable vibration absorber may reduce the maximum oscillations amplitude of the system by 98%. The method presented in current study can be easily generalized to design passive vibration absorber for fluid conveying pipes with different boundary conditions.Keywords: Fluid Conveying Pipe, Vibration Absorber, Viscoelastic behavior, Natural frequencies, Critical velocity
-
در مقاله حاضر با استفاده از روش تحلیلی مشخصه های ارتعاشی لوله ویسکوالاستیک حامل سیال واقع بر بستر الاستیک وینکلر غیریکنواخت مورد مطالعه قرار گرفته است. برای مدل سازی رفتار ویسکوالاستیک لوله از مدل کلوین- وویت استفاده شده است. با استفاده از روش گالرکین معادله مشخصه حاکم بر ارتعاشات لوله حامل سیال با تکیه گاه های ساده در دو انتها استخراج شده است. سپس تاثیر سرعت سیال، مشخصه های ویسکوالاستیک لوله و مشخصه های بستر بر بخش های حقیقی و موهومی مقادیر ویژه و همچنین ناپایداری دیورژانس و فلاتر مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که در نظر گرفتن رفتار ویسکوالاستیک در ماده لوله باعث تغییر روند ناپایداری لوله های حامل سیال از دیورژانس مود اول، دیورژانس مود دوم و فلاتر مود ترکیبی برای لوله الاستیک به ترتیب به ناپایداری دیورژانس مود اول، فلاتر مود اول و دیورژانس مود دوم برای لوله ویسکوالاستیک می گردد. وجود میرایی سازه ای باعث می شود تا اولا سرعت ناپایداری دیورژانس در مودهای بالاتر به شدت افزایش یابد و ثانیا به علت عدم تاثیر یکسان رفتار ویسکوالاستیک بر تمام مودهای ارتعاشی، ناپایداری فلاتر در مودهای ترکیبی ظاهر نشود. همچنین توزیع سفتی بستر تاثیر قابل ملاحظه ای بر سرعت بحرانی دیورژانس اول داشته و بستر غیریکنواخت می تواند باعث افزایش یا کاهش سرعت بحرانی دیورژانس اول نسبت به بستر یکنواخت شود. صحت نتایج ارائه شده با استفاده از نتایج تئوری موجود در تحقیقات پیشین به اثبات رسیده است.کلید واژگان: لوله ویسکوالاستیک حامل سیال, مدل کلوین, وویت, بستر غیریکنواخت, مقادیر ویژه مختلط, ناپایداریThis paper investigates the vibration behavior of fluid conveying viscoelastic pipe rested on non-uniform elastic Winkler foundation. The Kelvin-Voigt model is employed to consider the viscoelastic behavior of the pipe. Using the Galerkins method, the eigenvalue problem for the simply supported fluid conveying viscoelastic pipe is extracted. The effects of the fluid velocity, the viscoelastic constants and the foundation parameters on the complex eigenvalues and the divergence and the flutter instability of the fluid conveying viscoelastic pipe are studied and discussed. It is found that including the viscoelastic behavior to the pipe material alters the trend of the instability of the fluid conveying pipe, i.e., the first and the second modes divergence and the coupled mode flutter for the elastic pipe change to the first mode divergence, the second mode flutter and the second mode divergence for the viscoelastic pipe, respectively. The structural damping causes the velocity of the divergence instability at the higher modes to be increased. Also, because the viscoelasticity of the pipe affects the different vibration modes in different manner, therefore, the pipe dose not exhibit a coupled-mode flutter. Moreover, the non-uniformity of the foundation stiffness alters the first divergence velocity. The results are verified through comparing them with those reported in the literature.Keywords: Fluid Conveying Viscoelastic Pipes, Kelvin-Voigt Model, Non, Uniform Foundation, Complex Eigenvalue, Instability
-
استفاده از لایه های پیزوالکتریک تاثیر قابل ملاحظه ای بر رفتار ارتعاشی و ظرفیت باربری سازه ها دارد. به منظور استفاده بهینه از مواد پیزوالکتریک می توان به جای لایه سرتاسری از وصله های پیزوالکتریک استفاده کرد. هدف تحقیق حاضر بررسی تاثیر وصله های پیزوالکتریک و شرایط مرزی بر رفتار کمانش و ارتعاشی تیر اویلر-برنولی تحت بار محوری می باشد. تاثیر تنش های اعمالی از طرف وصله های پیزوالکتریک با استفاده از تابع هوی ساید در معادلات حرکت اعمال شده و با استفاده از روش گالرکین، معادله مشخصه حاکم بر رفتار ارتعاشی سیستم استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که فرکانس های طبیعی و بار بحرانی تیر به ولتاژ، طول و موقعیت وصله های پیزوالکتریک و هم چنین نیروی محوری بستگی دارد که این تاثیرات با استفاده از نمودارهای مناسبی ارائه و مورد بحث قرار داده شده است. نتایج نشان می دهد که وصله های پیزوالکتریک واقع در وسط تیر بیشترین تاثیر را بر روی فرکانس های طبیعی و ظرفیت کمانش تیر دارند.کلید واژگان: تیر اویلر, برنولی, فرکانس طبیعی, نیروی محوری, بار بحرانی کمانش, وصله پیزوالکتریکPiezoelectric layers have significant effect on the vibration behavior and buckling capacity of the structures. For optimum usage of piezoelectric materials, it is possible to use the piezoelectric patches instead of the piezoelectric layers. In this paper, the effects of piezoelectric patches and boundary conditions on the buckling and vibration behaviors of Euler-Bernoulli beams is investigated. The piezoelectric stress resultants are introduced in terms of Heaviside discontinuity functions and the characteristics equation is obtained via Galerkin method. The effects of variation of location, length of the piezoelectric patches and the applied voltages on the natural frequencies and critical buckling loads of beam with different boundary conditions are investigated. Results show that the natural frequencies and critical buckling load are dependent on the voltage, length and location of the piezoelectric patches and the axial load. Also, patches have a considerable effect if they placed at the beam center.Keywords: Euler, Bernoulli beam, Natural Frequency, Axial Load, Buckling load, Piezoelectric Patch
-
در این پژوهش رفتار ارتعاشی تیر کوتاه یکسرگیردار ترک دار تحت نیروی محوری مورد بررسی قرار گرفته و روشی برای عیب یابی آن بر اساس آنالیز ارتعاشی ارائه شده است. بدین منظور اثرات نیروی محوری، تغییر شکل برشی و اینرسی دورانی در نظر گرفته شده است. مقطع معیوب به صورت یک جزء انعطاف پذیردر نظر گرفته شده است که تیر را به دو قسمت تقسیم می کند. ترک بصورت فنر پیچشی مدل شده است که سفتی معادل آن از تئوری مکانیک شکست به دست می آید. پس از استخراج معادلات حاکم بر رفتار ارتعاشی تیر ترک دار، مشخصه های ارتعاشی تیر معیوب به روش مستقیم استخراج شده است. به منظور عیب یابی، به روش معکوس از مشخصه های ارتعاشی استفاده شده، و موقعیت و عمق ترک تعیین می شود. در نهایت اثرات نیروی محوری و پارامترهای ترک بر پاسخ ارتعاشی بررسی می شود. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تئوری و تجربی ارائه شده در ادبیات فن به اثبات رسیده است.کلید واژگان: تیر ترک دار, نیروی محوری, تیر تیموشنکو, عیب یابیIn this research, firstly, the vibrational behavior of a cracked short cantilever beam under the axial load is investigated, and then, an analytical approach for the crack identification based on the vibration analysis is proposed. The cracked section of the beam is considered as a flexible element, which divides the beam into two segments. Using the fracture mechanics theory, the local flexibility of the crack is modeled as a mass-less tensional spring. By applying the boundary conditions and the inner conditions at the crack location, and taking into account the effects of shear deformation and rotary inertia, the governing equation of motion for the cracked beam is derived. The influence of the axial load and the crack parameters on the vibration behavior of the cracked beam is studied by establishing and solving the corresponding eigenvalue problem, directly. Then in order to predict the crack depth and location through the known natural frequencies of the cracked beam, which are obtained by the experimental tests, the corresponding inverse problem is established and solved analytically. The Results have been validated by the experimental and theoretical data reported in the literatures.Keywords: Cracked beam, axial load, Timoshenko beam, crack detection
-
در تحقیق حاضر روش تحلیلی جدیدی به منظور بررسی اثر ترک بر رفتار ارتعاشی و پایداری ستون های ترک دار تحت نیروی محوری ارائه شده است. به کمک تعریف انعطاف پذیری موضعی، ترک با یک فنر پیچشی مدل شده است که دو قسمت سالم ستون را در محل ترک به یکدیگر متصل می سازد. پس از استخراج مساله مقدار ویژه ی متناظر به بررسی تاثیر ترک و نیروی محوری بر فرکانس های طبیعی و ظرفیت باربری ستون های ترک دار با انواع شرایط مرزی مختلف پرداخته شده است. مقایسه ی نتایج مدل ارائه شده با نتایج تجربی موجود در ادبیات فن نشان می دهد که مدل جدید ارائه شده در ضمن سادگی، با دقت مناسبی رفتار ارتعاشی و ظرفیت باربری ستون های ترک دار را پیش بینی می کند. محاسبه ی ظرفیت باربری و فرکانس های طبیعی ستون ترک دار و مطالعه ی تغییرات آن نسبت به موقعیت و عمق ترک نشان می دهد که در حالت کلی وجود ترک باعث کاهش فرکانس های طبیعی و ظرفیت باربری ستون می شود که میزان این کاهش به موقعیت و عمق ترک بستگی دارد. هم چنین بار محوری کششی باعث افزایش فرکانس های طبیعی و بار محوری فشاری باعث کاهش فرکانس های طبیعی می شود طوری که با افزایش بار محوری فشاری، فرکانس طبیعی اول کاهش می یابد تا در بار کمانش مقدار آن به صفر می رسد و سیستم ناپایدار می شود.
کلید واژگان: تحلیل ارتعاشی, ستون ترک دار, فرکانس طبیعی, نیروی محوری, بار کمانشIn this paper، a new analytical method is proposed to study the effect of crack and axial load on vibration behavior and stability of the cracked columns. Using the local flexibility model، the crack has been simulated by a torsional spring with connecting two segments of column in crack location. By solving governing eigenvalue equation، the effect of crack parameters and axial load on the natural frequencies and buckling load as well as buckling load are investigated. The results show that the presents of crack cause to reduction in natural frequencies and buckling load whereas this reduction is affected by the location and depth of the crack. Furthermore، the tensiel and compressive axial load increase and decrease the natural frequencies، respectively. In addition، as the compression load approaches to certain value، the fundamental natural frequency reaches zero and instability occurs. The accuracy of the model is validated through the experimental data reported in the literature.
Keywords: Vibration Analysis, Crcked Column, Natural Frequency, Axial Load, Buckling Load -
در مقاله حاضر، معادله دیفرانسیل حاکم بر رفتار ارتعاشات عرضی لوله ترک دار با بکارگیری اصل Hu-Washizu استخراج گردیده است. اثر ترک به صورت اغتشاش پیوسته در میدان های تنش و جابجائی مدل شده است. به منظور به دست آوردن فرکانس های طبیعی لوله با ترک باز و بسته شونده، مدل دو خطی جدیدی برای سفتی معادل در هر شکل مود ارتعاش عرضی ارائه شده است. به کمک این مدل، معادله دیفرانسیل حاکم به شکل قابل حل به روش لیندست- پوانکاره تبدیل و فرکانس های طبیعی لوله با ترک باز و بسته شونده استخراج شد. جمله اول حل تحلیلی، معرف پاسخ سیستم خطی متناظر با سفتی میانگین لوله در حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک بوده و جملات بعد نشان دهنده اثر غیرخطی ناشی از باز و بسته شدن ترک می باشند. نتایج نشان می دهد که کاهش فرکانس های طبیعی برای ترک باز و بسته شونده کمتر از ترک باز می باشد. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی موجود در ادبیات فن به اثبات رسیده است.
کلید واژگان: آنالیز ارتعاشی, لوله ترک دار, مدل پیوسته, ترک باز و بسته شونده, روش لیندست, پوانکارهIn this paper, using the Hu-Washisu principle, the equation governing the lateral vibration of a pipe with a breathing crack has been derived. The crack is modeled as a continuous disturbance function in stress and displacement fields. In order to obtain the natural frequencies of the pipe with a breathing crack, a new model is introduced for the bilinear stiffness of the pipe at each lateral vibration mode. Using this model, the governing equation of motion is converted into the standard form which can be analyzed by the Lindstedt-Poincar’ method. Then the natural frequencies of the cracked pipe are derived. The first term of the solution is the response of the corresponding linear system with a stiffness equal to the mean value of the cracked pipe stiffness in fully open and fully closed cases of the crack, and the remaining terms represent the effect of nonlinearity due to the opening and closing the crack. The results reveal that the reduction in the natural frequencies for the case of breathing crack is less than that for open crack. The accuracy of the model is verified by comparing the theoretical results with the experimental data reported in the literature.Keywords: Vibration analysis, Cracked pipe, Breathing crack, Continuous model, Lindstedt, Poincar -
در مقاله حاضر تاثیر ترک بر رفتار ارتعاشی و سرعت بحرانی سیال در لوله های جدار ضخیم ترک دار مورد بررسی قرار گرفته است. ترک در لوله به صورت کاهش سفتی موضعی مدل شده است که دو قسمت سالم را در محل ترک به یکدیگر متصل می سازد. روش انرژی پاریس در محاسبه انعطاف پذیری باریکه ترک دار برای محاسبه انعطاف پذیری موضعی در لوله ترک دار تعمیم داده شده است. ضمن صحه سنجی مدل ارائه شده با نتایج تجربی موجود در ادبیات فن، از مدل مزبور در تحلیل ارتعاشی لوله جدار ضخیم ترک دار حامل سیال استفاده شده است. برای حل معادله حاکم بر سیستم، روش تحلیلی جدیدی ارائه و با اعمال شرایط مرزی و بین مرزی، معادله فرکانسی استخراج شده است. نتایج نشان می دهد که جریان سیال باعث افت فرکانس های طبیعی لوله ترک دار حامل سیال می شود و در سرعت بحرانی سیال، فرکانس طبیعی اول برابر صفر شده و سیستم ناپایدار می شود. همچنین وجود ترک باعث کاهش سرعت بحرانی و فرکانس های طبیعی لوله ترک دار می شود. صحت مدل ارائه شده با استفاده از نتایج تجربی موجود در ادبیات فن به اثبات رسیده است.
کلید واژگان: آنالیز ارتعاشی, لوله ترک دار, جریان سیال, سرعت بحرانیIn this paper, the effect of the crack on the vibration behavior of a thick-walled cracked pipe conveying fluid is investigated. The presence of a crack on the pipe introduces considerable local flexibility at the crack location. This flexibility is modeled by the fracture mechanics approach. The accuracy of the model is validated through the experimental data reported in the literature. Then, by using the mentioned model, the vibration analysis of the cracked pipe conveying fluid has been accomplished. Moreover, in order to solve the equation governing the vibration of the cracked pipe conveying fluid, a new analytical technique based on the power series method is proposed. Then, by applying the boundary conditions and the compatibility conditions at the crack location, the frequency equation is obtained. The results are presented by appropriate curves showing the variation of the natural frequency of the cracked pipe conveying fluid in terms of the crack depth and the fluid flow velocity. Also, the results show that for a cracked pipe with a given depth and location for the crack, by increasing the fluid flow velocity, the natural frequencies of the pipe decrease. Also, as the fluid velocity approaches to a certain value, the fundamental natural frequency approaches zero and instability occurs. -
در این پژوهش، مدل پیوسته ارائه شده توسط شن و پی یر برای بررسی رفتار غیرخطی ارتعاش عرضی تیر اویلر- برنولی با ترک خستگی مورد بازنگری قرار گرفته و با اعمال فرضیات واقع بینانه تری، برای میدان های جابجایی و کرنش توابع جدیدی پیشنهاد شده است. سپس با استفاده از اصل هو واشیزو معادله دیفرانسیل حرکت استخراج شده است. این معادله برخلاف معادله شن و پی یر، خود الحاق می باشد. شکل مودهای ارتعاشی تیر ترک دار با ترک باز و بسته شونده با اعمال روش گالرکین به دست آمده و سپس به منظور به دست آوردن قسمت زمانی پاسخ تیر با ترک خستگی، مدل جدید سفتی دوخطی برای هر شکل مود ارتعاشی ارائه گردیده است. به کمک این مدل، معادله دیفرانسیل حاکم به شکل قابل حل به روش لیندست- پوانکاره نوشته شده است. حل تحلیلی بیان می کند که پاسخ روش اغتشاشات از دو قسمت تشکیل شده است که بخش اول سیستم خطی متناظر با سفتی برابر سفتی میانگین تیر در حالت های کاملا باز و کاملا بسته ترک بوده و بخش دیگر، جملات تصحیحی هستند که اثرات غیر خطی ناشی از تغییر در سفتی معادل را در پاسخ سیستم منظور می کنند. با استفاده از تئوری ارائه شده می توان به بررسی رفتار ارتعاشی تیرهای ترک دار در تمامی شکل مودهای ارتعاشی پرداخت. نتایج نشان می دهد که تغییرات فرکانس های طبیعی برای ترک باز و بسته شونده کمتر از ترک باز می باشد. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی موجود در ادبیات فن به اثبات رسیده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که مدل جدید ارائه شده با دقت مناسبی رفتار ارتعاشی تیر ترک دار را به ازای بازه گسترده ای از پارامترهای ترک پیش بینی می کند.
In this paper, the continuous model for vibration analysis of a cracked beam developed by Shen and Pierre is modified. For this end, by some realistic assumptions, new functions for displacement and stress fields are proposed. Then, the equation of motion of the cracked beam with breathing crack is obtained via the Hu-Washizu variational principle. The new obtained equation of motion is self-adjoint. Moreovers, by employing the Galerkin method, the modes shape of beam with a breathing crack are obtained. Then, in order to obtain the time response of the cracked beam, a new bilinear model is introdused for the stiffness corresponding to each mode. Using this model, the governing equation of motion is converted into the standard form which can be analyzed by Lindstedt-Poincar’ method. The results show that response obtained throught the perturbation metod (Lindstedt-Poincar method) is composed of two parts. The main part is the response of a system with the equivalent stiffness, whith is equal to the main value of the stiffness corresponding to the fully open and fully close crack cases. The remaining part of the response consistence of the correction terms, which reflects the effect of opening and closing the crack during vibration. The results show that for a given crack parameters, redaction in natural frequencies for a fatigue-breathing crack are smaller than the ones caused by open cracks. Also, the results have been validated by the experimental and theoretical data reported in the literature. There is a good agreement between the results obtained through the proposed method and those obtained from the reported experimental data. -
در این پژوهش، مدل پیوسته جدیدی برای بررسی رفتار ارتعاش عرضی تیر اویلر- برنولی ترک دار ارائه شده است. اثر ترک به صورت یک اغتشاش پیوسته مدل شده است که علاوه بر تاثیر در میدان تنش و کرنش، بر میدان جابه جایی نیز اثر می کند. با استفاده از اصل Hu-Washizu معادلات دیفرانسیل حاکم بر حرکت و شرایط مرزی متناظر استخراج گردیده است. به منظور استخراج فرکانس های طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی، معادله حرکت برای تیر با تکیه گاه های ساده در دو انتها با استفاده از روش گالرکین حل شده است. در نهایت، تاثیر پارامترهای ترک بر پاسخ ارتعاشی تیر ترک دار با تکیه گاه های ساده در دو انتها بررسی شده است. صحت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج تجربی موجود در ادبیات فن به اثبات رسیده است. مقایسه نتایج نشان می دهد که مدل جدید ارائه شده با دقت مناسبی رفتار ارتعاشی تیر ترک دار را به ازای بازه گسترده ای از پارامترهای ترک پیش بینی می کند.
کلید واژگان: آنالیز ارتعاشی, مدل پیوسته, تیر ترک دار, اصل Hu, Washizu, تابع اغتشاش ترکIn this research, a new continuous model for vibration analysis of a simply support cracked Euler Bernouli beam is proposed. The effect of the crack on the stress, strain and displacement field is modeled as a continuous disturbance function. The equation of motion and the corresponding boundary conditions for bending vibration of a cracked beam with an open edge crack, are derived by using Hu-Washizu variational principle. By employing the Galerkin method, the natural frequencies and mode shapes are obtained, and the influence of the crack parameters (crack depth and location) on the vibration behavior of the cracked beam is studied. The results have been validated by the experimental and theoretical dada reported in the literature. There is a good agreement between the results obtained through the proposed method and those obtained from the reported experimental data.Keywords: Vibration Analysis, Cracked Beam, Continous Model, Hu, Washizu Principle
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.