مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی اثر شرود در فرکانس‌های طبیعی سیستم چندپره‌ای چرخان

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسنده
گروه فیزیک، واحد نجف‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران
چکیده
در این مقاله اثر شرود در مشخصات دینامیکی یک سیستم چندپره‌ای چرخان بررسی می‌شود. هدف اصلی این مقاله، تشخیص اثر سفتی و موقعیت شرود روی فرکانس‌های طبیعی سیستم است. به همین منظور فرکانس‌های طبیعی چندین سیستم شامل شرود با موقعیت‌های مختلف (چه از نظر محل اتصال شرود به پره و چه از نظر تعداد پره‌هایی که یک شرود به هم متصل می‌کند) و همچنین با سفتی‌های متفاوت مقایسه شده‌اند تا مشخص شود که این پارامترها چگونه روی فرکانس‌های طبیعی سیستم اثر می‌گذارد. در این مطالعه اثر شرود به‌صورت فنر بین پره‌ها در نظر گرفته شده است. معادلات دینامیکی سیستم با استفاده از روش مدهای فرضی و با کمک قانون هامیلتون حل شده است. از آنجایی که در سیستم‌های چندپره‌ای همچون توربین‌ها، ترجیح بر این است که فرکانس‌های طبیعی خارج از محدوده کاری قرار گیرند (برای جلوگیری از پدیده تشدید) براساس نتایج به‌دست‌آمده در این مقاله نشان داده می‌شود که چگونه پارامترهای مربوط به شرود می‌تواند فرکانس‌های طبیعی مربوط به بعضی از مدهای سیستم را از محدوده کاری خارج کند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Investigation of the Effect of Shroud on Natural Frequencies of a Rotating Multi Blade System

نویسنده English

S. Koohestani
Department of Physics, Najafabad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده English

In this study, effect of shroud on dynamic characteristics of a rotating multi blade system is investigated. The main aim of this study is to investigate the effect of shroud stiffness and shroud configuration on the system natural frequency. For this purpose, natural frequencies of various systems (in terms of the position, where the blade is connected to the shroud and number of blades, which are connected together with a shroud) via different degrees of shroud stiffness and different configurations of shroud have been compared to show how this parameters affect the natural frequencies of the system. In this study, the shrouds have been considered as the discrete springs with corresponding stiffness values. The vibration frequency characteristics have been analyzed, using assumed mode method along with Hamilton’s law. Since in multi blade systems such as turbines it is crusial to keep the system working frequencies far away from natural frequencies (in order to prevent the resonance phenomenon), based on the results of this paper, it is shown how the parameters of shroud can remove the natural frequencies associated with some of the modes of the system from the work area.


کلیدواژه‌ها English

natural frequency
Multi Blade System
Shroud
Assumed Mode Method
Southwell RV, Gough BS. On the free transverse vibration of airscrew blades. 766th Volume. Richmond: H.M. Stationery Office; 1921. [Link]
Schilhansl M. Bending frequency of a radial rotating cantilever beam. ASME Journal of Applied Mechanics. 1958;25:28-30. [Link]
Hodges DH. Review of composite rotor blade modeling. AIAA Journal. 1990;28(3):561-565. [Link] [DOI:10.2514/3.10430]
Yoo HH, Shin SH. Vibration analysis of rotating cantilever beams. Journal of Sound and Vibration. 1998;212(5):807-828. [Link] [DOI:10.1006/jsvi.1997.1469]
Ozdemir Ozgumus O, Kaya MO. Vibration analysis of a rotating tapered Timoshenko beam using DTM. Meccanica. 2010;45(1):33-42. [Link] [DOI:10.1007/s11012-009-9221-3]
Huang CL, Lin WY, Hsiao KM. Free vibration analysis of rotating Euler beams at high angular velocity. Computers & Structures. 2010;88(17-18):991-1001. [Link] [DOI:10.1016/j.compstruc.2010.06.001]
Lacarbonara W, Arvin H, Bakhtiari Nejad F. A geometrically exact approach to the overall dynamics of elastic rotating blades-part 1: Linear modal properties. Nonlinear Dynamics. 2012;70(1):659-675. [Link] [DOI:10.1007/s11071-012-0486-z]
Mousavi SA, Elhami MR. Dynamic analysis and coupled vibration of variable pitch propeller. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(9):170-178. [Persian] [Link]
Raeisi M, Ariaei AR. Free vibration analysis of cracked rotating multi-span Timoshenko beams using differential transform method. Modares Mechanical Engineering. 2015;15(10):173-182. [Persian] [Link]
Cheng J, Xu H, Yan A. Frequency analysis of a rotating cantilever beam using assumed mode method with coupling effect. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2006;34(1):25-47. [Link] [DOI:10.1080/15367730500501587]
Kane TR, Ryan RR, Banerjee AK. Dynamics of a cantilever beam attached to a moving base. Journal of Guidance Control and Dynamics. 1987;10(2):139-151. [Link] [DOI:10.2514/3.20195]
Yoo HH, Ryan RR, Scott RA. Dynamics of flexible beams undergoing overall motions. Journal of Sound and Vibration. 1995;181(2):261-278. [Link] [DOI:10.1006/jsvi.1995.0139]
Lim HS, Chung J, Yoo HH. Modal analysis of a rotating multi-packet blade system. Journal of Sound and Vibration. 2009;325(3):513-531. [Link] [DOI:10.1016/j.jsv.2009.03.042]
Chiu YJ, Chen DZ. The coupled vibration in a rotating multi-disk rotor system. International Journal of Mechanical Sciences. 2011;53(1):1-10. [Link] [DOI:10.1016/j.ijmecsci.2010.10.001]
Rafiee M, Nitzsche F, Labrosse M. Dynamics, vibration and control of rotating composite beams and blades: A critical review. Thin Walled Structures. 2017;119:795-819. [Link] [DOI:10.1016/j.tws.2017.06.018]