مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارتعاشات آزاد طولی میله با سطح مقطع متغیر تحت کرنش محدود

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک، پردیس فنی و مهندسی، دانشگاه یزد، یزد، ایران
چکیده
ارتعاش انواع مختلف از سازه‌ها مانند تیر، صفحه، پوسته و میله توسط محققان به‌خاطر کاربرد آنها در محدوده وسیعی از سیستم‌های مکانیکی بررسی شده است. ارتعاش طولی میله‌ها مورد توجه زیادی است به‌طوری که محققان به‌صورت عددی یا تحلیلی و دقیق یا تقریبی به آن پرداخته‌اند. در این تحقیق، ارتعاش آزاد طولی غیرخطی میله با سطح مقطع متغیر تحت کرنش محدود، مورد بررسی قرار گرفته است. ابتدا معادلات حاکم بر میله با سطح مقطع مخروطی که معادلات دیفرانسیل پاره‌ای غیرخطی است به‌دست آمد. سپس معادلات به‌وسیله روش گلرکین و با درنظرگرفتن یک شکل مود، به معادلات دیفرانسیل معمولی غیرخطی تبدیل شده است. مساله برای شرایط مرزی دوسرگیردار و یک‌سر گیردار- یک‌سر آزاد بررسی شده است. با استفاده از روش مقیاس‌های چندگانه، معادله به‌صورت تحلیلی حل شده است. معادله دیفرانسیل معمولی با روش عددی رانگ- کوتای مرتبه چهار هم حل‌شده و سپس حل تحلیلی با آن مقایسه شده است. تاثیر دامنه و آهنگ تغییر سطح مقطع بر نسبت فرکانس خطی به غیرخطی برای میله و همچنین تاثیر شرایط اولیه مختلف آهنگ تغییر سطح مقطع و ضریب میرایی با شکل نشان داده شده است. نتایج نشان داد که سطح مقطع مخروطی تاثیر قابل توجهی در نسبت فرکانس خطی به غیرخطی به دامنه ارتعاشات دارد. ضریب میرایی تاثیر کم و شرایط اولیه تاثیر قابل ملاحظه‌ای روی روند مساله داشته است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Longitudinal Free Vibrations of a Rod with Variable Cross-Section Undergoing Finite Strain

نویسندگان English

M. Pourjafari
A.R. Fotuhi
M.M. Jalili
Mechanical Engineering Faculty, Campus Engineering, Yazd University, Yazd, Iran
چکیده English

Vibration of various types of structures such as beam, plate, shell, and rod have been investigated by researchers for their application in a wide range of mechanical systems. The longitudinal vibration of the rods is of great interest, so that the researchers have performed them numerically or analytically and precise or approximate. In this research, the nonlinear longitudinal free vibration of rod with variable cross-section under finite strain has been investigated. First, the governing equations of the rod with variable cross-section were obtained, which are partial differential equations; then, they were transformed to nonlinear ordinary differential equations, using the Galerkin method with considering one mode shape. The problem was investigated for two boundary conditions. Using the multiple scales method, the equations were analytically solved. The differential equations are solved by Runge-Kutta numerical method of order 4, and then compared with the analytical solutions. The effect of the amplitude and rate of changing cross-section on the ratio of linear to nonlinear frequency and also the effect of different initial condition, rate of changing cross-section and coefficient of damper were shown in figure. The results show that the tapered cross-sectional area has a significant effect on the ratio of linear to nonlinear frequency to vibrations amplitude. The coefficient of damper has a little effect and initial condition has a considerable effect on the process of problem.

کلیدواژه‌ها English

Rod
Nonlinear Vibration
Finite strain
Tapered cross-section
Nayfeh AH. Finite-amplitude longitudinal waves in non-uniform bars. Journal of Sound and Vibration. 1975;42(3):357-361. [Link] [DOI:10.1016/0022-460X(75)90250-3]
Raman VM. On analytical solutions of vibrations of rods with variable cross sections. Applied Mathematical Modelling.1983;7(5):356-361. [Link] [DOI:10.1016/0307-904X(83)90134-8]
Kumar BM, Sujith RI. Exact solutions for the longitudinal vibration of non-uniform rods. Journal of Sound and Vibration. 1997;207(5):721-729. [Link] [DOI:10.1006/jsvi.1997.1146]
Cveticanin L, Uzelac Z. Nonlinear longitudinal vibrations of a rod. Journal of Vibration and Control. 1999;5(6):827-849. [Link] [DOI:10.1177/107754639900500601]
Li QS, Li GQ, Liu DK. Exact solutions for longitudinal vibration of rods coupled by translational springs. International Journal of Mechanical Sciences. 2000;42(6):1135-1152. [Link] [DOI:10.1016/S0020-7403(99)00038-7]
Raj A, Sujith RI. Closed-form solutions for the free longitudinal vibration of inhomogeneous rods. Journal of Sound and Vibration. 2005;283(3-5):1015-1030. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2004.06.003]
Mousavi SM, Fariborz SJ. Free vibration of a rod undergoing finite strain. Journal of Physics: Conference Series. 2012;382(1):012011. [Link]
Baghestani AM, Fariborz SJ, Mousavi SM. Low-frequency free vibration of rods with finite strain. Journal of Applied Nonlinear Dynamics. 2014;3(1):85-93. [Link] [DOI:10.5890/JAND.2014.03.007]
Soleimani Roody B, Fotuhi AR, Jalili MM. Nonlinear longitudinal forced vibration of a rod undergoing finite strain. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2018;232(12):2229-2243. [Link] [DOI:10.1177/0954406217716957]
Soleimani Roody B, Fotuhi AR, Jalili MM. Nonlinear longitudinal free vibration of a rod undergoing finite strain. Amirkabir Journal of Mechanical Engineering. 2017, December. [Persian] [Link]
Lai WM, Rubin D, Krempl E. Introduction to continuum mechanics. 4th Edition. Amsterdam: Elsevier; 2009. [Link]
Rao SS. Vibration of continuous systems. Hoboken: John Wiley & Sons; 2007. [Link]
Nayfeh AH, Мook DТ. Nonlinear Oscillations. Hoboken: John Wiley & Sons; 1995. [Link]