جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "آنالیز مودال" در نشریات گروه "فنی و مهندسی"
-
ویژگی هایی نظیر خواص مکانیکی عالی، مقاومت به حرارت بالا، مقاومت در برابر خوردگی و چگالی کم، باعث شده که کامپوزیت هایی نظیر الیاف کربن در صنایع مختلف مانند پزشکی، هوافضا و خودروسازی کاربرد فراوانی داشته باشند. با این حال، به دلیل خصوصیت هایی نظیر هدایت حرارتی ضعیف، کیفیت پایین سطح برش و استحکام زیاد، برش آن ها با روش های مرسوم به سختی امکان پذیر است. هدف از انجام این پروژه، طراحی و ساخت نوعی ابزار برش با کمک امواج آلتراسونیک است که باعث کاهش نیروی برش و افزایش کیفیت سطح برش قطعه کار از جنس الیاف کربن می شود. در این تحقیق به طور خاص به طراحی و ساخت قسمت هورن ابزار برش پرداخته شده است. ابتدا با انجام محاسبات تحلیلی، هورن پله ای طراحی شده و در ادامه با افزودن قسمت مخروطی با زوایای مختلف به آن، اثر تغییر زاویه بر روی تقویت دامنه، فاصله مودال و توزیع تنش توسط روش شبیه سازی عددی بررسی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی عددی نشان دهنده تاثیر ناچیز تغییر زاویه قسمت مخروطی بر روی آن ها می باشد. در نهایت نمونه بهینه از طراحی ساخته شده است. نتایج آزمایش های تجربی نشان می دهد که استفاده از امواج آلتراسونیک اثر قابل ملاحظه ای در کاهش نیروی برش تا یک شانزدهم و بهبود قابل توجهی در کیفیت و مقدار مستقیم بودن لبه ی برش قطعه کار از جنس الیاف کربن نسبت به حالت بدون آلتراسونیک داشته است.کلید واژگان: ابزار برش آلتراسونیک, هورن, آنالیز مودال, شبیه سازی عددی, الیاف کربنCharacteristics such as excellent mechanical properties, high heat resistance, corrosion resistance and low density have made composites like carbon fiber widely used in various industries including medical, aerospace and automotive. However, due to characteristics such as poor thermal conductivity, low cutting surface quality and high strength, it is difficult to cut it using conventional methods. The aim of this article is to design and build a type of cutting tool that uses ultrasonic waves to reduce the cutting force and improve the cutting surface quality of carbon fiber workpieces. In this research, the design and construction of the horn part of the cutting tool is specifically discussed. First, a stepped horn is designed by performing analytical calculations, and then by adding a conical part with different angles to it, the effect of changing the angle on the amplitude amplification, modal spacing and stress distribution has been investigated by finite element simulation method.The results of numerical simulation show the insignificant effect of changing the angle of the conical part on the result. Finally, the optimized design is built.The results of experimental tests show that the use of ultrasonic waves has a significant effect in reducing the cutting force up to one-sixteenth and significantly improving the quality and straightness of the cutting edge of the carbon fiber workpiece compared to the case without ultrasonic assistance.Keywords: Ultrasonic Cutting Tools, Horn, Modal Analysis, Numerical Simulation, Carbon Fiber
-
در این مقاله اثر تغییر گام بر فرکانس های یک ملخ گام متغیر به صورت تحلیلی، عددی و تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات ارتعاشات آزاد پره ی ملخ با استفاده از روش گالرکین استخراج شد. از اسکنر سه بعدی برای به دست آوردن پروفیل پره و آزمایش تراست استاتیکی جهت تعیین شرایط بارگذاری ملخ استفاده شد. به منظور آزمون مودال در حالت دورانی، شبیه سازی آنالیزمودال به کمک نرم افزار آباکوس انجام و نتایج با آزمون مودال تجربی در حالت استاتیکی صحت سنجی شد. نتایج تجربی مانند روش تحلیلی نشان داد که با افزایش گام، فرکانس طبیعی در مودهای فرد کاهش و در مودهای زوج افزایش می یابد. درنهایت نیز دیاگرام اسپک رسم گردید که هیچ گونه مشکل رزونانسی در شرایط کاری پره ملخ وجود نداشت
کلید واژگان: ارتعاشات پره ملخ, فرکانس طبیعی, ملخ گام متغیر, روش گالرکین, آنالیز مودالIn this paper, effect of pitch variation on vibrations of a propeller variable pitch is studied numerically and experimentally. The free vibrations equations of a propeller blade were extracted using the Galerkin method. A three-dimensional scanner was utilized to obtain blade profile and static trust with the aim of determining propeller loading status. To obtain modal analysis, the simulation analysis was done using Abaqus software in rotating condition, and results were validated with experimental modal test in static status. Both of experimental and analytical methods results represent that with increasing pitch, the variations of natural frequency are reduced and increased at odd and even frequency modes, respectively. Considering the campbell diagram, no resonance problem was observed in the case of the propeller blade, at working period.
Keywords: Propeller blade vibrations, natural frequency, variable pitch propeller, Galerkin method, modal analysis -
فلنچ ها قطعاتی هستند که، امکان اتصال، تغییر راستا و دسترسی به منظور تعمیرات و بازرسی را در بین قطعات بزرگ و اصلی تجهیزات و سازه ها فراهم می کنند. در این تحقیق با توجه به اهمیت، حداکثر سبک سازی در کنار حفظ استحکام قطعات در سازه های هوایی، فلنچ و پوسته هایی کامپوزیتی ساخته شد که در سازه های هوایی نظیر راکت های شتاب دهنده و موشک های ماهواره بر، وظیفه ی اتصال قسمت ها و پوسته های بزرگ سازه را برعهده دارند. جنس فلنچ های مورد استفاده در این سازه ها، در سبک ترین حالت، آلومینیوم بوده است. در این تحقیق با هدف سبک سازی هرچه بیشتر، با روش رشته پیچی، تعداد 4 عدد فلنچ و 4 عدد پوسته کامپوزیتی در 2 مجموعه ساخته شد، که هر مجموعه شامل 2 فلنچ و2 پوسته می باشد. پس از اتصال فلنچ ها و پوسته ها به همدیگر، بر روی آنها تست های تجربی مودال و کشش انجام شده است. همچنین شبیه سازی عددی تست مودال و کشش، با نرم افزار انسیس، انجام پذیرفت. ارزیابی نتایج حاصل از تست ها و تحلیل عددی بر روی قطعات ساخته شده، مبین فرکانس ویژه بالای کامپوزیت نسبت به وزن، در مقایسه با نوع فولادی و آلومینیومی (در فرکانسهای پایین) می باشد. همچنین عامل تورق در تیغه ی فلنچ کامپوزیتی، بیشتر از شکست ماتریس و الیاف، در افزایش طول سازه بر اثر نیروی کشش تاثیر داشته است.کلید واژگان: کامپوزیت, فلنج, رشته پیچی, آنالیز مودال, تست کششFlanges are parts that provide the possibility of connection, change of direction, access for repairs and inspection between large and main parts of equipment and structures. In this research, due to the importance of maximum lightening while maintaining the strength of parts in aerospace structures, composite flanges and shells were made, which are used in aeronautical structures such as bossting rockets and satellite carriers. They are responsible for connecting the parts and large shells of the structure. The material of the flanges used in these structures is aluminum in the lightest state, and in this research, with the aim of lightening as much as possible, 4 flanges and 4 shells were made in 2 sets, each set includes 2 flanges and 2 shells. After connecting the flanges and shells to each other, experimental modal analysis and tensile tests were performed. Also numerical simulation of the modal and tensile test was performed with ANSYS software. The results of experimental tests and numerical analysis on the manufactured parts show that the specific frequency of the composite flange is higher than that of the steel and aluminum flange (in low frequency range). Also, the delamination factor in the composite flange blade has more effect on increasing the length of the structure due to the tensile force, rather than the failure of the matrix and fibers.Keywords: Composite, flange, Modal Analysis, Tensile test, Filamet winding
-
معماری بهینه سازه پهپادهای بال لامبدا (پهبال) در فاز طراحی مفهومی، به دلیل پیکربندی نامتعارف و نداشتن اطلاعات تجربی منتشر شده از این نوع هواپیماها، به یک چالش مهم تبدیل شده است. این مقاله با هدف توسعه ی یک روش جدید، برای طراحی معماری سازه هواپیماهای نظامی نامتعارف نسل جدید؛ به ویژه برای پهبال ها تهیه شده است. در این روش، ابتدا به بررسی پارامترهای موثر بر روی معماری سازه این نوع هواپیماها پرداخته شده و سپس برای ارایه یک متدولوژی کلی برای معماری سازه، به بررسی رفتار هندسی نامتعارف این پرنده ها با کمک تحلیل مودال پرداخته می شود. نتیجه این تحلیل مودال، تقسیم هندسه هواپیما به زیر بخش های معمولی؛ با معماری های شناخته شده کلاسیک است. معماری سازه پهبال با ترکیب معماری سازه زیر بخش های پرنده و توجه به مواردی مانند الزامات مربوط به نصب سیستم ها، الزامات پنهان کاری و طراحی ماژولار سازه انجام شده است. برای بهینه-سازی معماری سازه، از یک مدل پارامتریک در نرم افزار CATIA استفاده شده است تا برای هدف حداقل وزن، موقعیت و ابعاد هندسی اعضای سازه ای بهینه شود. برای اعتبار سنجی نتایج، بیشینه تنش استاتیکی و بیشترین جابجایی سازه به کمک نرم افزار MSC/Patran محاسبه و با مقادیر بدست آمده از پروسه بهینه سازی مقایسه شده اند. تحلیل دینامیکی و پایداری کمانشی پوسته های کامپوزیتی سازه نیز در ادامه کنترل شده است. متدولوژی ارایه شده به صورت یک نمونه مطالعاتی بر روی یک پهبال هدف تشریح شده است. وزن سازه بهینه-سازی شده نیز با نمونه های تحقیقاتی پهبال های همرده تایید شده است.
کلید واژگان: آنالیز مودال, بهینه سازی, پهپاد بال لامبدا, متدولوژی معماری سازه, هواپیماهای نامتعارفOptimized structural architect of an Unmanned Lambda Wing Aerial Vehicle (ULWAV) during conceptual design has proven to be a significant challenge due to its unconventional configuration and no historical data for the structural architect. This paper aims to develop a new approach for structural design layout of new generation unconventional aircraft especially for ULWAV. The first step in this approach is to investigate the affecting parameters on structural architecture of these aircrafts then using of modal analysis to identification the behavior of these unconventional geometries for a general methodology development. The result of this modal analysis is apportion aircraft geometry to conventional substructures with already well-established defined architect. ULWAV structure architecture has been done by combining the structural architecture of sub-sections and with respect to requirements for systems installation, stealth design objective and packaging requirements. Here the CATIA software is used to optimize general architect with parametric model. To validate the results, the maximum static stress and maximum displacement of the structure were calculated using MSC / Patran software and compared with the values obtained from the optimization process. Dynamic analysis and buckling stability of structural composite shells are also controlled below. The architect methodology was applied to a case study of an ULWAV. The weight of the optimized structure has also been confirmed by typical case study researches.
Keywords: modal analysis, Optimization, Structural architect methodology, Unconventional aircraft, Unmanned Lambda Wing Aerial Vehicle -
در مقاله حاضر، پاسخ های دینامیکی یک نمونه سورتمه جرم متغیر که تحت نیروهای متغیر پیشرانش، برآ، پسا و اصطکاک است، موردبررسی قرار می گیرد. ابتدا با ارایه مدلی کامل از اجزای مختلف سامانه سورتمه، معادلات حاکم بر مسیله استخراج و از روش فضای حالت استفاده می شود. در ادامه، نیروهای متغیر اعمالی وارد بر مدل سورتمه طراحی شده، استخراج می شوند. جهت صحت سنجی نتایج روش تحلیلی، فرکانس های طبیعی مدل آزمایشگاهی سورتمه به صورت تجربی به دست آورده می شوند. فرکانس طبیعی اول و دوم سورتمه به ترتیب 8/12 و 4/21 هرتز به دست آمد که تطابق خوبی با نتایج تحلیلی داشت. نتایج نشان می دهد که در اثر اعمال اغتشاش به سورتمه، میراگرها 40 درصد از ارتعاشات را میرا می کنند. همچنین در تمامی حالات، میزان نوسان کفشک عقب از کفشک جلو بیشتر است که دلیل آن تاثیر اغتشاش کفشک جلو روی کفشک عقب است. از طرفی نیروهایی متغیر اعمالی جابجایی سورتمه را 10 درصد افزایش می دهند.
کلید واژگان: سورتمه, پاسخ دینامیکی, کفشک, آنالیز مودال, فرکانس طبیعی, نیروهای متغیرIn the present paper, the dynamic responses of a variable mass sled sample under the variable forces of propulsion, lift, drag and friction are investigated. First, by presenting a complete model of the various components of the sled system, the governing equations are extracted and the state space method is used. Then the variable forces applied to the designed sled model are extracted. In order to validate the results of the analytical method, the natural frequencies of the sled laboratory model are obtained experimentally. The first and second natural frequencies of the sled were 12.8 and 21.4 Hz, respectively, which were in good agreement with the analytical results. The results show that due to the disturbance applied to the sled, the dampers damped 40% of the vibrations. Also, in all cases, the oscillation rate of the rear sleeper is more than the front sleeper, this is due to the effect of the turbulence of the front sleeper on the rear sleeper. On the other hand, variable forces increase the sled displacement by 10%.
Keywords: Sled, dynamic response, sleeper, modal analysis, natural frequency, variable forces -
در انجام تحلیل های ارتعاشی موتور خودرو بر روی دسته موتورها، دانستن مشخصه های جرمی موتور شامل جرم، موقعیت مرکز جرم و ممان های اینرسی جرمی ضروری است. از آن جا که موتور خودرو دارای شکل هندسی نسبتا پیچیده ای بوده و از اجزاء مختلف با چگالی های متفاوتی تشکیل شده است، تعیین مشخصه های جرمی آن، با چالش های بسیاری مواجه است. به منظور تعیین مشخصه های جرمی موتور خودرو روش های مختلفی وجود دارد که یکی از متداول ترین آن ها استفاده از آنالیز مودال (روش خط جرم) است. در این مقاله، ابتدا روش خط جرم برای یافتن مشخصه های جرمی اجسام صلب ارایه می گردد. به منظور بررسی کارایی و دقت روش مذکور، مدلسازی دینامیکی یک جسم صلب با مشخصه های جرمی معلوم در نرم افزار آدامز صورت می گیرد. به این ترتیب که مطابق تیوری خط جرم، جسم صلب از فنربندی نرم آویزان گشته و در نقاط مختلف به آن نیرو وارد می شود. سپس، با انجام شبیه سازی های آدامز، مقادیر شتاب های متناظر در نقاط متعددی استخراج می گردند. در ادامه، کدنویسی روش خط جرم در نرم افزار متلب انجام شده و نیروهای اعمالی و شتاب های به دست آمده از آدامز در حوزه زمان، به عنوان ورودی به کد متلب وارد شده و با اجرای کد متلب، مشخصه های جرمی جسم صلب محاسبه می گردند. در نهایت، مقادیر مشخصه های جرمی به دست آمده از کد متلب با مقادیر واقعی جسم صلب شبیه سازی شده در آدامز مقایسه شده و دقت روش خط جرم در یافتن مشخصه های جرمی مورد ارزیابی قرار می گیرد.کلید واژگان: آنالیز مودال, شناسایی مشخصه های جرمی, روش خط جرمIn performing vibration analysis of the car engine on the engine support, it is necessary to know the mass properties of the engine including mass, position of the center of mass and mass inertia moments. Because the car engine has a relatively complex geometric shape and is composed of different components with different densities, determining its mass properties faces many challenges. There are various methods to determine the mass properties of a car engine, one of the most common of which is the use of modal analysis (mass line method). In this paper, the mass line method is presented in order to find the mass properties of rigid bodies. In order to evaluate the efficiency and accuracy of the method, dynamic modeling of a rigid body with known mass properties is performed in MSC Adams software. So according to the theory of mass line, the rigid body is hung from a soft suspension and a force is applied to it in different locations. Then, by performing Adams simulations, the corresponding acceleration values are extracted at various points. After that, the mass line method is coded in MATLAB software and the applied forces and accelerations obtained from Adams in the time domain are entered as input to the MATLAB code and by executing the MATLAB code, the mass properties of the rigid body are calculated. Finally, the values of the mass characteristics obtained from the MATLAB code are compared with the actual values of the rigid body simulated in Adams, and the accuracy of the mass line method in finding the mass properties is evaluated.Keywords: modal analysis, Identification of mass properties, Mass line method
-
یکی از دیدگاه های مهم در طراحی یک سازه شناور، ارتعاشات سازه و تاثیر آن بر آرامش خدمه و عمر تجهیزات است. مهم ترین عامل در ارتباط با آرامش خدمه در یک شناور، دامنه ارتعاشات آزاد و اجباری تحت عوامل مختلف داخلی و خارجی در سازه شناور است. یکی از مهم ترین عوامل تحریک ارتعاشات در بدنه شناور، پروانه شناور است. ارتعاشات زیاد و همچنین قرارگیری سازه در محدوده فرکانس تحریک پروانه باعث خستگی، فرسودگی قطعات و همچنین پدیده تشدید می شود. پدید تشدید و ارتعاشات اجزا از چالش های طراحی سازه است؛ بنابراین در این مقاله ارتعاشات ناشی از تحریک پروانه پنج پره KP505 با استفاده از تحلیل عددی بر روی شناور کانتینربر (KCS) بررسی شده است. ابتدا به بررسی ارتعاشات آزاد بدنه شناور در حالت خیس پرداخته شده است. سپس جهت بررسی ارتعاشات اجباری ناشی از تحریک پروانه، توزیع فشار روی بدنه در حالت خودرانش از حل عددی جریان سیال به وسیله دینامیک سیالات محاسباتی به دست آمد. برای صحت سنجی نتایج، فرکانس های طبیعی به دست آمده در ارتعاشات آزاد با فرمول های تجربی مقایسه شده است. با مقایسه مقادیر فرکانس اول، دوم و سوم خمشی با مقادیر تجربی، خطای تحلیل به ترتیب 5.5، 26 و 26.6 بدست آمد که نشان از دقت و درستی تحلیل ها دارد. از مقایسه نتایج حاصل از ارتعاشات اجباری با محدوده مجاز استاندارد، نشان داده شد که ارتعاشات در محدوده مجاز قرار گرفته است. همچنین سازه در محدود فرکانس تحریک پروانه قرار نگرفته است. در نتیجه پدیده تشدید به وجود نیامده است.
کلید واژگان: ارتعاشات بدنه کشتی, ارتعاشات اجباری, دینامیک سیالات محاسباتی, آنالیز مودالOne of the most important issues in the design of a vessel structure is the vibrations of the structure and its effect on the comfort of the crew and the life of the equipment. The most important factor about the comfort of the crew in a vessel is the range of free and forced vibrations under various internal and external factors in the structure of the vessel. One of the serious factors in stimulation of vibrations in the hull vessel is the propeller. Excessive vibrations as well as the being the structure in the frequency range of propeller excitation, cause fatigue, components exhaustion, and also the resonance phenomenon. Resonance and vibration of the components are the structural design challenges, so in this paper, vibrations caused by a five-bladed propeller KP505 excitation were investigated using numerical simulation on a container vessel (KCS). First, the free vibrations of the hull vessel in wet mode were investigated. Then, to investigate the forced vibrations caused by the propeller excitation, the pressure distribution on the hull in self-propulsion mode was obtained from the numerical solution of the fluid flow by computational fluid dynamics. To validate the results, the natural frequencies obtained in free vibrations were compared with empirical formulas. Comparing the values of the first, second and, third bending frequencies with the empirical values, showed that the analysis error was 5.5, 26, and 26.6, respectively, which explain the accuracy of the analysis. Comparing the results of forced vibrations with the standard allowable range, it was shown that the vibrations are within the allowable range. Also, the structure has not being within the range of the excitation frequency of the propeller. As a result, the resonance phenomenon has not occurred.
Keywords: Ship hull vibrations, forced vibrations, computational fluid dynamics, modal analysis -
آنالیز مودال عملیاتی در حالت معمول نیاز به اتصال فیزیکی حسگر برای اندازهگیری ارتعاش سازه دارد. این حسگرها معمولا به تعداد محدود در نقاط مختلف به صورت گسسته نسبت به هم روی سطح سازه جایابی میشوند که باعث کاهش قدرت تفکیکپذیری برای مکانیابی خرابی و همبستگی و بههنگامسازی مدل در مقیاسهای بزرگ خواهد شد. بهعنوان یک روش غیر تماسی، دوربینهای دیجیتال نسبتا کمهزینه، سریع بوده و دارای قابلیت ارایه تفکیکپذیری مکانی بالا، اندازهگیری و شبیه سازی همزمان نیز هستند. هدف این پژوهش شناسایی خواص دینامیکی سازه ها)فرکانس و نسبتهای میرایی(با استفاده از اندازهگیری ویدیویی و پردازش تصویر)فقط بر اساس خروجی(مبتنی بر فاز تصویر است که بدین منظور در این ایده جدید تماما از گوشی هوشمند همراه برای شناسایی خواص مودال مورد استفاده قرار گرفته است. از حسگر شتابسنج موجود در 3 گوشی هوشمند برای برداشت اطلاعات ارتعاشی استفاده شدهاست. ضبط ویدیو توسط گوشی همراه دیگر همزمان با تحریک بهمنظور اندازهگیری ویدیویی جهت شناسایی خواص مودال انجام شدهاست. برای اندازهگیری ویدیویی فیلتر هرمی قابل هدایت بر روی قابهای تصویر ویدیویی حاصل از ارتعاش سازه اعمال میشود تا فازهای محلی پیکسلهای کدگذاری شده در تصویر استخراج شوند. سپس با اعمال تکنیک جداساز کور منابع روی فاز تصاویر و با استفاده از روش های تجزیه مقادیر منفرد و تبدیل فوریه و کاهش لگاریتمی، فرکانسهای مودال و نسبتهای میرایی استخراج شدهاست. بدین ترتیب برای اعتبارسنجی روش پیشنهادی از 2 نمونه ساندویج پانل دیواری شامل یک نمونه بتنی و یک نمونه کاهگلی که از قبل تحت بارگذاری قرارگرفته بودند و سختی آنها بهطور میانگین 90 % کاهشیافته، استفادهشدهاست. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی توانسته است فرکانسها و نسبتهای میرایی پانلها را در ارتعاش آزاد با خطای کمتر از 2% برای هر دو نمونه استخراج نماید. با بهینهسازی روش اندازهگیری ویدیویی میتوان از این روش برای تعیین مشخصات دینامیکی در سازه ها استفاده نمود.
کلید واژگان: آنالیز مودال, پانل های ساندویچی 3 بعدی, جداساز کور منابع, پردازش تصویر, اندازه گیری ویدیوییOperational modal analysis typically requires the physical attachment of a sensor to measure the structure vibration. As a non-contact method, digital cameras are relatively inexpensive, fast, and providing high spatial resolution results. The aim of this study is to identify the dynamic parameters of structures (frequency and damping ratio) by using video measurement (output only) based on the phase. For this purpose, it was only used mobile smartphones to identify modal parameters. The accelerometer sensor in the 3 attached smartphones was used to extract vibrational information. Video recorded by another mobile smartphone simultaneously identifies the dynamic parameters. In video measurement, the steerable pyramid transform is applied to frames that were extracted from the video to identify the local phases encoded in the image. After that, blind source separation (complexity pursuit) and single value decomposition techniques were applied to the image phase. Frequencies and damping ratios are extracted by the Fourier transform and logarithmic reduction technique. Thus, to validate the proposed method, two samples of 3D wall sandwiches panel, including a concrete sample and a straw sample that were already loaded and their stiffness was reduced by an average of 90%, were used. The results showed that the proposed method was able to extract the frequencies and damping ratios of the panels with an error of less than 2%.
Keywords: Modal analysis 3D, sandwich panel, Blind source separation, Image processing, Video measurement -
در این مقاله به بررسی ارتعاشات وارد بر یک نمونه سامانه آزمایشگر سورتمه تک ریل دارای میراگر پرداخته می شود. ابتدا با استخراج معادلات ارتعاشی حاکم بر مسیله، اقدام به کدنویسی در نرم افزار متلب شده و با رسم نمودار FFT، فرکانس های طبیعی سیستم به دست آورده می شوند. فرکانس اول و دوم سیستم به ترتیب مربوط به جابه جایی پیچشی و جابه جایی عرضی سورتمه می باشند. باتوجه به سازه ای بودن میرایی سامانه سورتمه، جهت استخراج مقادیر سفتی معادل و میرایی معادل، از آزمون تجربی به وسیله دستگاه تست دینامیک هارمونیک استفاده می شود. سپس با شبیه سازی مدل سورتمه در نرم افزار آباکوس، آنالیز مودال صورت گرفته و فرکانس های طبیعی و شکل مودها استخراج می گردند. درنهایت با ساخت مدل طراحی شده سورتمه و انجام آنالیز مودال تجربی، فرکانس های طبیعی سیستم با دو روش قبل مورد مقایسه قرار گرفته و با خطای کمتر از 9 درصد مورد تایید قرار می گیرد. واژگان کلیدی: سامانه آزمایشگر سورتمه، فرکانس طبیعی، آنالیز مودال، سفتی معادل، میرایی معادل.کلید واژگان: سامانه آزمایشگر سورتمه, فرکانس طبیعی, آنالیز مودال, سفتی معادل, میرایی معادلIn this paper, the vibrations on the sample of a single-rail sled tester system with dampers are investigated. First, by extracting the vibration equations governing the problem coded in MATLAB software and by drawing the FFT diagram, the natural frequencies of the system are obtained. The first and second frequencies of the system are related to torsional displacement and transverse sled displacement, respectively. Due to the structural damping of the sled system, to extract the equivalent stiffness and equivalent damping values, the experimental test is used by the harmonic dynamic test device. Then, by simulating the sled model in ABAQUS software, modal analysis is performed and natural frequencies and mode shapes are extracted. Finally, by constructing a designed sled model and performing experimental modal analysis, the natural frequencies of the system are compared with the previous two methods and confirmed with an error of less than 9%.KeywordsSled tester system, natural frequency, modal analysis, equivalent stiffness, equivalent damping.Keywords: Sled tester system, natural frequency, modal analysis, equivalent stiffness, equivalent damping
-
در این مقاله هدف آن است تا روش های خروجی-تنها، در شناسایی سیستم و تشخیص پارامترهای مودال سازه ها همچون سکو های دریایی، پل ها و... بعنوان جایگزینی برای روش های سنتی در این زمینه همچون تست ضربه و بازدید چشمی مورد بررسی قرار گیرد. درعلوم مهندسی منظور از شناسایی سیستم، شناسایی مشخصات دینامیکی یک سیستم سازه ای یعنی سختی، جرم و میرایی یا معادل آنها شکلهای مودی، فرکانسهای طبیعی و نسبتهای میرایی بوده که به اختصار شناسایی سیستم سازه ای نامیده میشود. بدلیل محدودیتهای روش ورودی -خروجی، در سازه های واقعی از روش خروجی-تنها برای شناسایی سیستم سازه های پیشنهاد می شود که مستقل از اندازه گیری نیروی ورودی است. در این مقاله پس از بیان تعاریفی از مفاهیم شناسایی سیستم و روش خروجی-تنها، روش های حوزه زمان، حوزه فرکانس و حوزه زمان-فرکانس بررسی می شود و سپس به جدید ترین پژوهش های صورت گرفته در این خصوص اشاره میگردد . در انتها مدلسازی یک تیر در نرم افزار اجزای محدود انجام شده و فرکانس ها و شکل مود با آنچه که در برنامه متلب کد نویسی شده مقایسه گردیده است. نتایج الگوریتم های خروجی-تنها تطابق مناسبی با مدل اجزای محدود نشان می دهند و از این حیث می توانند از جمله روش های مطمین جهت پایش سلامت سازه هاو تشخیص آسیب در آن ها مد نظر قرار گیرند.کلید واژگان: پایش سلامت سازه ها, روش های خروجی-تنها, روش شناسایی سیستم, آنالیز مودال, روش شناسایی زیر فضای تصادفیThis paper investigates the output-only methods in recognizing system identification and modal parameters of infrastructures, such as bridges and offshore platforms, etc., as an alternative to traditional methods such as impact testing and visual inspection. In engineering sciences, system identification means identifying a structural system's dynamic characteristics, i.e., stiffness, mass, damping or, Modal shapes, natural frequencies, and damping ratios, called structural identification. In this article, after defining the concepts of system identification and output-only, time domain, frequency domain, and time-frequency domain methods are reviewed. In the end, the latest research on this subject is pointed out. Finally, a simply supported beam has been modeled in finite element software, and the frequencies and shapes of the modes are compared to those coded in MATLAB program. The output algorithms' results (SSI method) showed good agreement with the finite element model, which can be considered a reliable method for health monitoring and damage detecting structures.Keywords: Structural health monitoring, Offshore platforms, modal analysis, Indirect System Identification, Stochastic Subspace Identification (SSI)
-
وقوع خرابی در سازه ها امری اجتناب ناپذیر است و این موضوع که تجمع و گسترش خرابی های موضعی می تواند منشا خرابی های کلی باشد، اهمیت و ضرورت پایش سلامتی سازه را نشان می دهد. آنالیز موجک پاسخ های سازه یکی از روش های تشخیصی آسیب با عملکرد شناسایی مطلوب در حوزه زمان- فرکانس است که با استفاده از آن اطلاعات بیشتری از پاسخ آنالیز شده سازه در دو حوزه زمان و فرکانس حاصل می گردد. با توجه به اینکه تیرها و ستون ها از مهم ترین المان های سازه ای هستند و انتظار می رود آخرین اعضای آسیب دیده سازه ها از تیرها یا ستون ها باشد؛ بنابراین، شناسایی آسیب در آن ها بیش از سایر المان های سازه ای اهمیت می یابد. در این نوشتار با به کارگیری داده های آنالیز مودال مدل اجزا محدود تیر فولادی و پیشنهاد روش تحلیلی آنالیز موجک به ردیابی موقعیت های مختلف آسیب در طول تیر با لحاظ نمودن آسیب به صورت کاهش مدول الاستیسیته فولاد پرداخته شد. تغییر کاهشی مقادیر فرکانسی در تمامی مودها به دلیل وجود آسیب رخ داده است. به منظور ردیابی آسیب، سیگنال شکل مود به دو صورت شکل مود حالت آسیب و تفاضل شکل مود حالت های سالم و آسیب به عنوان سیگنال ورودی تبدیل موجک تعریف گردید. سیگنال های خروجی حاصل از جزییات آنالیز موجک سیگنال ورودی، پرش نسبی حداکثری و حداقلی را در موقعیت های مختلف آسیب نشان دادند، به نحوی که مراکز آسیب با خطای صفر شناسایی گردید. همچنین، نتایج نشان داد که با افزایش شدت آسیب یک موقعیت آسیب، تنها نامنظمی ضرایب موجک آن موقعیت آسیب افزایش می یابد.
کلید واژگان: پایش سلامت سازه, آنالیز مودال, آنالیز موجک, ردیابی آسیبDamage to structures is inevitable. Besides, the accumulation and spread of local damage can be a source of global damage; hence, the significance and necessity of monitoring the health of the structure. Wavelet analysis of structural responses is a method of damage detection with optimal performance in the time-frequency domain, which yields more information from the analyzed response of the structure in both time and frequency domains. As beams and columns are among the most fundamental structural elements and, expectably, the last elements to be damaged, it bears greater importance to identify damage in them than in other structural elements. This paper draws on modal analysis data of steel beams modeled in Abacus and a proposal of the wavelet analytical method to track different positions of damage along the beam, where the damages are defined as a decrease in the elastic modal. A decreasing shift in frequency values occurred in all modes due to damage. To detect the damage, the mode shape signal was defined as the damage mode shape and the differentiation between the healthy and the damage mode shapes as the wavelet transform input signal. The output signals from the wavelet analysis of the input signal indicated maximum and minimum relative fluctuations in different situations of damage so that the centers of damage were identified with zero error. The results also revealed that with increasing the severity of the damage, only the irregularity of the wavelet coefficients of that damage position increases.
Keywords: Structural Health Monitoring (SHM), Modal Analysis, Wavelet Analysis, Damage Detection -
امروزه، نگهداری و پایش سلامت سازه ها و زیرساخت های کشور از اهمیت بسیار زیادی در بین مهندسین برخوردار است. برای برداشت پاسخ های پل از حسگرهای (شتاب سنج های) نصب شده روی سازه پل استفاده می شود و حتی در تحقیقات اخیر این حسگرها روی شاسی خودروهای عبوری از روی پل نیز نصب شده اند که پاسخ سازه را برداشت می کنند. از این رو، روشی نیاز است که بتوان بر اساس آن خواص دینامیک (فرکانس، نسبت های میرایی و شکل مود) را بر اساس همان خروجی شناسایی و اندازه گیری نمود. در نتیجه، از روش آنالیز مودال عملیاتی (مبتنی بر فقط خروجی) استفاده می شود. در این مقاله، روش جدیدی به نام رد گیری پیچیدگی (CP) برای اندازه گیری و جداسازی خواص دینامیک در حوزه زمان بر اساس الگوریتم جداسازی کور منابع مورد بررسی قرار می گیرد. روش رد گیری پیچیدگی به عنوان روشی شناخته شده است که قادر به بازیابی منابع مخفی (پاسخ های مستقل هر درجه آزادی) است و همچنین ماتریس اختلاط منابع تنها با استفاده از خروجی مختلط برداشت شده را میسر می کند. اندازه گیری ها در شرایط مختلف از جمله سیستم جرم- فنر 3 درجه آزاد با میرایی های مختلف، در حضور نویز اعمال شده به روش نویز سفید گوسی، در شرایط میرایی غیرقطری، مودهای نزدیک به هم و در نهایت سیستم جرم- فنر با 12 درحه آزادی انجام گرفته است. مقایسه نتایج به دست آمده از روش CP در همه شرایط با روش آنالیز مودال نشان می دهد که این روش با قدرت و خطای کمتر از 3 درصد و در اکثر موارد با خطای 1 درصد، خواص مودال را شناسایی، اندازه گیری و استخراج می کند.
کلید واژگان: آنالیز مودال, جداسازی کور منابع, ردگیری پیچیدگی, ماتریس اختلاط, پاسخ سازهNowadays, maintenance and health monitoring of structures and infrastructures of the country are the top priority of engineers. Therefore, acceleration sensors, which are installed on the bridge are used to extract the bridge's modal response, and even the latest studies have shown that sensors that have been attached to the car's chassis can record the bridge's response to vibration. Thus, it is important to use an accurate method, which is based on the output-only, to measure frequency, damping ratio, and mode shape. As a result, practical modal analysis is used for that purpose. In this paper, a new method of blind source separation, called complexity pursuit (CP), is investigated which is able to measure and extract dynamic characteristics in the time domain. Complexity pursuit is a well-known method, that is able to recover hidden sources (independent responses of every degree of freedom) and it can calculate the mixing matrix from measured mixed output data only. Some various conditions are considered in this paper to verify complexity pursuit (3 degrees of freedom mass-spring with various damping ratios, in white Gaussian noise conditions, in non-diagonal damping matrix, close modes, and for 12 degrees of freedom mass-spring system). Comparison of the CP results and modal analysis under all the conditions showed that the proposed method is able to detect, measure and extract the modal characteristics with an error of less than 3% and in most cases less than 1%.
Keywords: Modal Analysis, Blind Source Separation, Complexity Pursuit, Mixing Matrix, Structural Response -
پره توربین وظیفه استخراج انرژی در فشار بالا را دارد که در معرض نیروی گریز از مرکز و نیروهای سیال قرار می گیرد. در این مقاله ابتدا تحلیل ارتعاشی پره توربین و تاثیر فشار وارد بر سطح روتور [i] در تعامل سازه و سیال بررسی شده است. سپس با مدل سازی و صحت سنجی نتایج و کوپل سیال و سازه، میزان جابه جایی و تغییر فرکانس ارتعاشی پره توربین در سه جنس مختلف بررسی می گردد. نتایج نشان می دهد با افزایش سرعت ورودی جریان سیال، میزان فشار وارد بر روتور افزایش یافته و در نتیجه دامنه نوسانات ارتعاشی نیز افزایش می یابد. همچنین نتایج حاصل از کوپل دوطرفه نشان می دهد که تغییرات فشار بر روی روتور در حالت کوپل کمتر و ملایم تر از حالت بدون کوپل است. فشار وارد بر سطح روتور از جلوی روتور به مرکز روتور حرکت کرده و همچنین فشار در حالت کوپل در سطح پایینی روتور افزایش و در سطح بالایی روتور کاهش یافته است.
کلید واژگان: ارتعاشات, آنالیز مودال, روتور توربین, تغییرات فشار, تعامل سازه و سیال -
پیل سوختی پلیمری با توجه به وجود صفحات متعدد با هندسه و خواص مکانیکی متفاوت به عنوان یک سیستم با ساختار پیچیده در نظر گرفته می شود. شناخت این ساختار جهت طراحی پیل سوختی در برابر بارهای دینامیکی وارده مانند شوک و ارتعاش امری ضروری می باشد. در این مقاله، آزمون مودال پیل سوختی 400 وات که از 4 سلول تشکیل شده است انجام گردید و داده های آزمایشگاهی بدست آمده با نتایج شبیه سازی عددی مورد مقایسه قرار گرفت. پیل سوختی مورد نظر در جهات عرضی و طولی تحریک شده و نتایج خروجی سنسورها در چند نقطه ثبت گردید. سپس، با تفسیر نتایج در حوزه زمان و استفاده از روش پاسخ فاز، فرکانس طبیعی عرضی و طولی اول مدل استخراج گردید. نتایج آزمون نشان داد که فرکانس عرضی اول مدل 500 هرتز و فرکانس طولی اول حدود 2500 هرتز است. همچنین، مقایسه فرکانس های بدست آمده از آزمون و تحلیل عددی، اختلاف حداکثر 8 درصد را نشان می دهد. بنابراین، تحلیل عددی مدل با جزییات کافی می تواند به شکل مناسبی خواص ارتعاشی مدل واقعی را پوشش دهد. همچنین، نتایج نشان داد که با تغییر 45 درصدی خواص هندسی و مکانیکی غشا، فرکانس طبیعی پیل سوختی تقریبا 4% تغییر می بابد. حذف صفحات غشا علاوه بر کاهش تعداد المان های مدل منجر به کاهش قیود تماس نیز می گردد، به طوری که در پیل سوختی مورد نظر هزینه محاسباتی با حذف صفحات غشا در مدل عددی 17% کاهش یافته است.
کلید واژگان: پیل سوختی پلیمری, آنالیز مودال, فرکانس طبیعی, شبیه سازی اجزای محدودWith the increasing utilization of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cells in cars, ships and airplanes, the study of vibrational behavior of fuel cells has gained particular importance.In this paper, modal analysis of 400-watt 4-cells fuel cell with an active surface area of 225 〖cm〗^2 has been performed numerically and experimentally. Time domain method has been used to extract the global fuel cell frequencies. This method has found widespread applications for models that do not have finite element simulation before the modal test.The considered fuel cell model has been excited from several directions and the output data of the sensors were recorded at several points. Then, by interpreting the results in the time domain and using the phase response angle, two natural frequencies of the model were extracted. The results of the test showed that the first transverse and longitudinal frequency of model is 500 Hz and about 2500 Hz, respectively.Then, simulation of finite elemental fuel cell components was studied in detail.Comparison of the frequencies obtained from the test and numerical analysis showed that maximum difference is about 8%. Therefore, numerical analysis of the model with sufficient detail can adequately cover the vibrational properties of the real model. Also, the results showed that by changing the geometrical and mechanical properties of the membrane by 45%, the natural frequency of fuel cell changes through 4%. Furthermore, Removing the membrane plates, in addition to reducing the number of model elements, reduces the contact constraints.
Keywords: Polymer electrolyte membrane fuel cells, modal analysis, Natural frequency, Finite element simulation -
با توجه به اهمیت پل ها به عنوان یکی از مهمترین زیرساخت ها، نگهداری و نظارت بر سلامتی آنها از اولویت بالایی برخوردار است. اندرکنش بین وسایل نقلیه در حال حرکت و پل ها از جمله زمینه های مطالعاتی است که توسط محققان زیادی در مهندسی پل مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. می توان از پاسخ یک وسیله نقلیه عبوری از یک پل، به منظور پیش بینی غیرمستقیم خواص مکانیکی آن پل استفاده کرد. با استفاده از پاسخ وسیله نقلیه می توان به تشخیص خسارات و یا تخریب های احتمالی در سازه پرداخت. با نصب شتاب سنجهای با دقت بالا بر روی وسیله نقلیه در حال حرکت و ضبط سیگنالهای مربوطه می توان تغییر ناگهانی خواص مکانیکی مربوط به وجود آسیب در پل را ضبط کرد. در مطالعه حاضر، یک برنامه اجزای محدود به منظور تجزیه و تحلیل پاسخ وسیله نقلیه در حال حرکت تهیه شده است. در این برنامه، پل به عنوان تیر اویلر - برنولی مدل سازی شده است و یک مدل کامل شامل سفتی و میرایی سیستم تعلیق وسیله نقلیه در حال حرکت ساخته شده است. این مدل سازی با کمک تحلیل مودال نیز انجام شده و پاسخ ها در دو روش با هم مقایسه شده اند تا حساسیت پاسخ وسیله نقلیه در حال حرکت به تعداد المانها سنجیده شود. پس از تایید عملکرد مناسب برنامه، آسیب در تیر پل با استفاده از مفاهیم مکانیک شکست درنظر گرفته شده است. با داشتن یک چهارچوب تحلیلی دقیق، روش تجزیه مود متغیر (VMD) که روشی جدید برای تجزیه سیگنال می باشد بر روی سیگنال شتاب ضبط شده از محور عقب خودرو به کار برده شده است تا هرگونه بی نظمی احتمالی در خواص سیگنال بررسی شود. سناریو های آسیب مختلف،بررسی اثر وسیله نقلیه و وجود ناهمواری در این پژوهش در گرفته شده است و تجزیه و تحلیل کامل در هر مورد انجام شده است تا از نتایج حاصل از VMD اطمینان حاصل شود. بررسی نتایج به روشنی نشان می دهد که استفاده از VMD به نتایج قابل اعتمادی در تشخیص آسیب در پل ها منجر می شود.
کلید واژگان: روش غیر مستقیم پایش سلامت, اندرکنش دینامیکی وسیله نقلیه و پل, تجزیه مود متغیر (VMD), روش اجزای محدود, آنالیز مودال, وسیله نقلیه متحرکRegarding the importance of bridges as one of the most critical infrastructures, their maintenance, and health monitoring is of high priority. Interaction between the moving vehicles and bridges is amongst the fields of study that have been investigated in depth by numerous researchers in the field of bridge engineering. Among different proposed methods of structural health monitoring of bridges, the indirect methods that do not need the healthy structure response are of high interest because of their ease and low maintenance costs.
The response of a moving mass passing through a bridge can be analyzed for the indirect prediction of the beamchr(chr('39')39chr('39'))s mechanical properties. This can lead to the detection of possible damages or degradations in the structure. By mounting high precision accelerometers on the moving vehicle and recording the corresponding signals, it is possible to capture the sudden change of mechanical properties pertaining to the existence of damage in the bridge.
In the current study, an FE code is developed in order to analyze the moving vehicle response. In this code, the bridge is modeled as an Euler-Bernoulli beam, and a complete model comprising stiffness and damping of the suspension system of moving vehicle is built. In order to verify the results of the code, comparisons are made with the outcomes of modal analysis. The sensitivity of the FE results with respect to the number of elements is examined. These comparisons clearly show that both methods reach the same values for a sufficiently high number of elements for the moving vehicle response.
Following verification of the code, a brief review of the concepts underlying the variational mode decomposition (VMD) method is given for a self-contained representation. The VMD can be used to decompose a signal into a number of signals with limited bandwidth. Although it has found many applications in different signal processing cases (e.g. in the field of electronics, mechanical vibrations of machines, or even in the analysis of economic and financial time series), extending its application to the field of structural health monitoring is entirely a recent and ongoing topic of research.
After the introduction of the VMD, damage in the beams is implemented by using fracture mechanics concepts. Different damage scenarios are applied in order to check the reliability and robustness of using VMD as a damage detection method. These include different damage locations (single, dual) and damage severity represented in terms of crack depth. By having a reliable means for the analysis, the novel variational mode decomposition (VMD) is applied to analyze the signals recorded from the vehiclechr(chr('39')39chr('39'))s back axel in search of any possible irregularity in the signal properties. By monitoring results attained for several damage cases, the following conclusions can be given:• The variational mode decomposition (VMD) can highlight the presence of irregularities in mechanical properties that can be reached directly from decomposed signals.
• The location of these signal irregularities coincides with the presumed location(s) of the crack(s).
• The severity of the signal irregularity and corresponding instantaneous energy is proportional to the degree of damage imposed on the beam.
• The moving vehiclechr(chr('39')39chr('39'))s natural frequency plays an essential role in the bridgeschr(chr('39')39chr('39')) structural health monitoring. The signal processing results exhibit amplified abrupt changes for the vehicles with the natural frequencies close to the beamchr(chr('39')39chr('39'))s fundamental frequencies.
Regarding the above conclusions, analyzing moving mass response with the VMD can be a reliable damage detection technique.Keywords: Indirect health monitoring method, Vehicle-bridge dynamic interaction, Variational mode decomposition, Finite element method, Modal analysis, Moving vehicle -
ربات استوارت در دسته ربات های موازی قرار دارد که شامل دو سکوی بالایی و پایینی می باشد که این دو سکو توسط 6 بازو و به وسیله ی مفاصل کروی به یکدیگر متصل شده اند. این ربات کاربرد گسترده ای در شبیه سازهای فضایی و پرواز دارد و با توجه به حساس بودن نتایج خروجی آن به کنترلر ضروری بود خطاها و نویز مسیرحرکتی ربات به حداقل می رسید. دراین پژوهش به ارایه یک روش نوین برای کنترل ربات ها و همچنین مدلی جامع برای شناسایی رفتار ارتعاشی می پردازیم. بنابراین طبق این مدل می توان ارتعاش را به راحتی و بدون ایجاد مشکل کنترل نمود، پس از دست یابی به معادلات دینامیکی و کنترلی بازوهای ربات، از آنالیز مودال به منظور کنترل ارتعاشات ربات استفاده شد. نتایج حاصل از نظر بازوهای صلب و انعطاف پذیردر نقاط مختلف بازوی ربات مورد بررسی قرار گرفت. مدلسازی با فرض استفاده از مدل دینامیکی سیستم و انعطاف پذیربودن حرکت بازوها و با بهره گیری از نرم افزار متلب انجام شد، این روش، نشان می دهد که، در ربات دارای اتصالات ارتجاعی به دلیل افزایش درجات آزادی، ارتعاشات نیز افزایش می یابد و در نتیجه کنترل آن نیاز به صرف انرژی بیشتری نسبت به مدل اتصال صلب به منظور کنترل مکان ربات دارد همچنین میزان خطای مسیر حرکت ربات نسبت به مسیر مرجع کمتر از 15 سانتیمتر و 3 درجه بود که این امر ناشی از کاهش ارتعاشات ربات با استفاده از روش آنالیز مودال بود.کلید واژگان: ربات استوارت, کنترل حرکتی, کاهش ارتعاشات, آنالیز مودالStewart robot falls into the category of parallel robots, consisting of two upper and lower platforms. The top platform, the moving platform and the bottom platform, are fixed, with the two arms connected by six spheres with spherical joints. In this study, we present a novel method for controlling robots and a comprehensive model for vibration detection. After developing the governing equations of the robot arms, we performed a modal analysis to control the robot position. The results of rigid and flexible arms in different parts of the robot arm using the aforementioned controller were studied. Comparing the results, it can be said that in the robot model with elastic joints, due to the increase in degrees of freedom, the level of vibrations increased, thus, controlling the robots with elastic joints is more demanding than the that in the corresponding robot with rigid joints.. Also, by applying perturbations to the system, it was found that the performance of the controller was affected by disturbances to the system and the location error was increased. Finally, it can be stated that in the control system, determining the optimal coefficients in the relationships plays a major role in the performance of the controller. KeywordsKeywords: Stewart Robot, tracking control, Vibration Reduction, Modal Analysis
-
در این پژوهش به منظور بررسی و مقایسه عملکرد میراگر جرمی منفرد واقع در محل بیشینه جابجایی مودی (بام سازه) و میراگرهای جرمی چندگانه توزیع شده در ارتفاع سازه بر اساس تحلیل مودال ، از یک سازه 40 طبقه در دو حالت خطی و غیرخطی بهره گرفته شده است. مدلسازی سازه به همراه هفت شتاب نگاشت زلزله های اعمالی با بیشینه شتاب معادل g0/1 در نرم افزار OpenSees انجام شده است. نتایج تحلیلهای صورت گرفته نشان می دهد که کنترل سازه در حالت خطی توسط میراگرهای جرمی چندگانه تنظیم شده بر اساس مودهای اول-دوم رفتار مناسب تری نسبت به سایر حالت ها دارد و متوسط کاهش بیشینه جابه جایی بام سازه با استفاده از این نوع از میراگر ها 5/14 درصد می باشد که حدود 2 برابر بیشتر از کاهش ناشی از حالت های استفاده از میراگر های منفرد تنظیم شده، بر اساس مود اول و میراگر جرمی چندگانه ی تنظیم شده بر اساس مود اول یا دوم، می باشد. این در حالی است که با توجه به فرض تنظیم مقادیر طراحی میراگرها متناظر با رفتار ارتجاعی آنها، در مدل غیرخطی سازه عملکرد میراگرهای جرمی منفرد و چندگانه ضمن کنترل پاسخ های سازه، اندکی کاهش می یابد. خطای 10 درصدی به منظور پوشش عدم قطعیت های موجود در میراگرهای جرمی و سازه ناشی از تغییرات فرکانس، در تنظیم فرکانس طراحی میراگرها در نظر گرفته شده است که در این حالت نیز رفتار میراگرهای جرمی چندگانه مناسب تر بوده است.
کلید واژگان: میراگر جرمی تنظیم شده منفرد (STMD), میراگر جرمی تنظیم شده چندگانه (MTMD), کنترل غیرفعال, تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی, آنالیز مودالIn this study, to investigate and compare the performance of the single mass damper in the maximum modal displacement (roof) and multiple mass dampers vertically distributed in the height of the structure, based on the modal analysis, two linear and nonlinear models of a 40-story structure were selected. The structure has been modeled in OpenSees software using seven acceleration time histories. The analysis results for applied earthquakes under the maximum acceleration of 1.0g show that the control of the linear structure by multiple tuned mass dampers (MTMDs) tuned to the first and second modes have more appropriate behavior than others, and the average reduction of the maximum displacement of the Roof applying this type of dampers is 14.5%, which is about 2 times more than reduction of the STMD tuned to the first mode and the MTMDs tuned to the first or second modes, systems. However, due to the assumption of tuning the design parameters of the dampers corresponding to their elastic behavior, the performance of single and multiple mass dampers slightly decreases in a nonlinear model of the structure while structural responses are still controlled. Also, for the 10% error caused by misadjusting of the dampers, the behavior of MTMDs is more appropriate.
Keywords: single tuned mass dampers (STMD), Multiple tuned mass dampers (MTMD), Passive control, dynamic time history analysis, modal analysis -
در حال حاضر سازه های کامپوزیتی دارای کاربردهای زیادی در صنایع مختلفی ازجمله هوافضا، خودرو، دریایی و پتروشیمی هستند. در اکثر این کاربردها، سازه تحت بارهای دینامیکی و استاتیکی قرار می گیرد و ممکن است دچار کمانش، ارتعاش و خستگی شود. بنابراین تحلیل استاتیکی و دینامیکی این سازه ها به منظور شناخت خصوصیات آنها ازجمله بار کمانش، فرکانس طبیعی و شکل مودهای ارتعاشی بسیار ضروری است. یکی از مهم ترین روش های غیر مخرب برای پیش بینی بار کمانش سازه روش همبستگی ارتعاشی است که اساس آن بر پایه تغییرات فرکانس با تغییر بار محوری بر سازه است. در این تحقیق به بررسی تجربی بار کمانش ورق کامپوزیتی ساندویچی با هسته مشبک لوزی کامپوزیتی پرداخته شده است. برای ساخت ورق های ساندویچی از روش رشته پیچی و لایه چینی دستی استفاده شده است. یکی از نمونه های ساخته شده تحت آزمایش مودال قرار گرفته و با روش همبستگی ارتعاشی تجربی بار کمانش سازه محاسبه شده است. در ادامه برای صحت سنجی نتایج به دست آمده از روش همبستگی ارتعاشی، بار کمانش چهار نمونه از طریق آزمون فشار محوری محاسبه شد. میزان خطا برای پیش بینی بار کمانش به کمک روش همبستگی ارتعاشی تجربی 2/1% به دست آمد و کارآیی روش همبستگی ارتعاشی تجربی برای ورق کامپوزیتی مشبک مورد تایید قرار گرفت. همچنین با بررسی تاثیر بازه بار اعمالی بر دقت روش همبستگی ارتعاشی مشخص شد که به ازای بار اعمالی بیش از 63% بار کمانش تجربی، دقت پیش بینی روش همبستگی ارتعاشی به مقدار قابل قبول می رسد.
کلید واژگان: کمانش, رهیافت همبستگی ارتعاشی, ورق کامپوزیتی ساندویچی, ساخت, آنالیز مودالCurrently, composite structures have many applications in various industries including aerospace, automotive, marine, and petrochemicals. In most of these applications, the structure is under dynamic and static loads and it can cause buckling, vibration, and fatigue. Therefore, the static and dynamic analysis of these structures is essential in order to understand their characteristics, including buckling, natural frequency, and the shape of vibrating modes. One of the most important non-destructive methods for predicting the buckling load of the structure is the vibrational correlation technique (VCT), which is based on frequency variations with the axial load. In this study, an experimental study of the buckling load of composite sandwich plates with lozenge core has been investigated. The hand lay-up method has been used for fabrication of the composite sandwich plates. One of the specimens was used for the modal test. In order to verify the results of the VCT, the buckling load of four specimens was calculated by the experimental buckling test. The error of VCT was 2.1 %. Hence, the efficiency of the VCT for composite sandwich plates with lattice core was confirmed. Also, by investigating the effect of applied load percentage on the accuracy of the VCT, it was found that for the applied load of more than 63% of the buckling load, the accuracy of prediction of the vibrational correlation technique is acceptable.
Keywords: Buckling, Vibration Correlation Technique (VCT), Composite Sandwich Plate, Fabrication, Modal Analysis -
تکینگی های موضعی بر اثر تغییر در سختی یا جرم ناحیه آسیب دیده به راحتی از روی نتایج آنالیز مودال قابل تشخیص نیستند. تبدیل موجک می تواند با تشخیص آنی تغییرات مکانی سیگنال ورودی، محل آسیب های سازه را تشخیص دهد. هدف این پژوهش ارایه روشی جهت شناسایی آسیب در صفحات بوده و به عنوان یک مطالعه موردی به یک صفحه مربعی با شرایط مرزی متقارن و دارای تکیه گاه گیردار اعمال می شود. روش ارایه شده در این پژوهش قادر به کشف عیوب موجود در صفحات با نسبت آسیب 3% می باشد. این روش با توجه به متقارن و یا پادمتقارن بودن ماتریس خیز آنالیز مودال، هر نقطه حاصل از آنالیز مودال صفحه را با نقطه متقارن نسبت به مرکز صفحه، جمع (در حالت پادمتقارن) و یا از آن کم می کند (در حالت متقارن). ضرایب موجک آنالیز مودال اصلی صفحه آسیب های ریز را به سختی آشکار می کند، این در حالی است که ضرایب موجک آنالیز مودال بازسازی شده، آسیب های ریز را با وضوح بالایی نمایش می دهد. نتایج کارایی قابل توجه روش ارایه شده در کشف عیوب را، بدون نیاز به پارامترهای اصلی مودال صفحه آسیب دیده، نمایش می دهد. اثر نقاط متفاوت آسیب و فاصله نمونه برداری مختلف مورد بررسی قرارگرفت. نتایج نشان می دهد، برداشت داده های صفحه با دقت کم با استفاده از درونیابی می تواند دقت لازم را به جهت کشف عیوب ایجاد کند که این مسئله می تواند در کاهش هزینه پروژه های پایش سلامت سازه نقش قابل توجهی را ایفا کند. روش ارایه شده در این پژوهش پتانسیل لازم جهت کاربرد عملی را دارد.کلید واژگان: کشف عیوب, تبدیل موجک گسسته, آنالیز مودال, سازه های صفحه ای, پایش سازهLocalized singularities caused by changes in the stiffness or mass of the damaged region cannot be simply visible through smooth mode shape curves. However, the wavelet transform of input signal can identify the location of defects by sudden changes in the spatial variation of transformed response. The aim of this study is to present a new method for damage detection in a squarely damaged plate with element of reduced thickness with damage ratio 3% and to decrease the possible random noises that are come from different sources such as numerical solutions or physical situation. In this approach, the value of each point of mode shape data is subtracted from or is added with its symmetric point with respect to the plate’s point of symmetry (point O). The obtained value is located at its first point, again. The result of this process is a symmetrical mode shape matrix of the damaged plate, which is utilized as the input signal function in wavelet analysis.The results demonstrated that using reconstructed modal data is superior to the original modal data and they provide a better crack indicator than the result of the DWT of the original mode shape data. The effects of crack location and sampling interval are examined. The simulated results show that this approach is more effective in damage detection of plate-like structures, as the method requires the knowledge of only the response of the damaged plate as a baseline for crack detection.Keywords: damage detection, Discrete wavelet transforms, modal data, plates, health monitoring
-
از زمان ابداع فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک، این فرآیند به صورت گسترده مورد توجه و بررسی قرار گرفته است. دلیل این توجه ویژگی های منحصر به فرد این فرآیند شامل کاهش نیروهای ماشین کاری، کاهش سایش و اصطکاک، افزایش عمر ابزار، ایجاد شرایط برشی متناوب، افزایش قابلیت ماشین کاری مواد سخت برش، افزایش کیفیت سطح، ایجاد ساختار سلسله مراتبی (میکرونی- نانویی) روی سطوح و غیره است. تاکنون روش های مختلفی برای اعمال ارتعاشات التراسونیک به نوک ابزار حین فرآیند تراشکاری به کار گرفته شده است. در این پژوهش یک هورن منحصر به فرد به منظور تبدیل ارتعاش خطی پیزوالکتریک ها به ارتعاش سه بعدی (ارتعاش طولی در راستای محور z، ارتعاش خمشی حول محور x و ارتعاش خمشی حول محور y) طراحی و ساخته شده است. امتیاز این ابزار ماشین کاری التراسونیک نسبت به ابزارهای مشابه، آن است که در اکثر ابزارهای دیگر تنها امکان اعمال ارتعاشات یک بعدی (خطی) و دوبعدی (بیضوی) وجود دارد؛ در حالی که در این ابزار ارتعاشات سه بعدی تولید می شود. به علاوه از آنجا که ماهیت منحصر به فرد هورن طراحی شده باعث ایجاد ارتعاشات سه بعدی می شود، دیگر نیازی به نیم حلقه های پیزوالکتریک (که با اختلاف فاز 180 تحریک می شوند)، برای ایجاد ارتعاشات خمشی حول محورهای x و y نیست. کاهش هزینه ها و همچنین سادگی اعمال ارتعاشات سه بعدی در این روش جدید می تواند نقش مهمی را در جهت صنعتی شدن فرآیند تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک سه بعدی ایفا کند.کلید واژگان: تراشکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک, هورن آکوستیک, ارتعاش دوبعدی, آنالیز مودال, نیروهای ماشین کاری, ارتعاش سه بعدی, توپوگرافی سطحSince the invention of ultrasonic vibration assisted turning, this process has been widely considered and investigated. The reason for this consideration is the unique features of this process, which include reducing machining forces, reducing wear, and friction, increasing the tool life, creating periodic cutting conditions, increasing the machinability of difficult-to-cut material, increasing the surface quality, creating a hierarchical structure (micro-nano textures) on the surface and so on. Different methods have hitherto been used to apply ultrasonic vibration to the tip of the tool during the turning process. In this research, a unique horn has been designed and constructed to convert linear vibrations of piezoelectrics to three-dimensional vibrations (longitudinal vibrations along the z axis, bending vibrations around the x axis, and bending vibrations around the y axis). The advantage of this ultrasonic machining tool compared with other similar tools is that in most other tools, it is only possible to apply one-dimensional (linear) and two-dimensional (elliptical) vibrations, while this tool can create three-dimensional vibrations. Additionally, since the nature of the designed horn can lead to the creation of three-dimensional vibrations, there is no need for piezoelectric half-rings (which are stimulated by 180 phase difference) to create bending vibrations around the x and y axes. The reduction of costs as well as simplicity of applying three-dimensional vibrations in this new method can play an important role in industrializing the process of three-dimensional ultrasonic vibration assisted turning.Keywords: Ultrasonic Vibration Assisted Turning, Acoustic Horn, 2D Vibration, Modal Analysis, Cutting Forces, 3D Vibration, Surface Topography
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.