مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل ارتعاشات آزاد تیرهای تیموشنکوی چند تکه دورانی و دارای ترک با استفاده از روش انتقال دیفرانسیل

نویسندگان
1 دانشگاه اصفهان
2 استادیار / عضو هیأت علمی دانشگاه اصفهان
چکیده
در این مقاله معادلات ارتعاشی تیر تیموشنکوی چند تکه دورانی و دارای ترک به‌دست می‌آید و با حل آن فرکانس‌های طبیعی و شکل مودهای تیر تعیین می‌شود. در ابتدا با بررسی شرایط سازگاری در محل شکستگی‌ها و ترک‌ها، روابط بین هر دو تکه تعیین می‌شود و با کاربرد روشی تحلیلی موسوم به روش انتقال دیفرانسیل، معادلات تبدیل یافته مربوط به شرایط سازگاری، شرایط مرزی و معادلات ارتعاشی اصلی سیستم به‌دست می‌آید. سپس با استفاده از این معادلات، فرکانس‌های طبیعی و در ادامه با کاربرد معکوس روش انتقال دیفرانسیل، شکل مودها تعیین می‌شود. به منظور اعتبارسنجی، نتایج حاصل با مقادیر به‌دست آمده از شبیه‌سازی در نرم افزار آباکوس و همچنین در حالت خاصی که تیر ثابت است، با مقادیر به‌دست آمده از روش ماتریس انتقال مقایسه می‌گردد که تطابق خوبی بین نتایج مشاهده می‌شود. در نهایت اثر زاویه‌ی شکستگی، سرعت دوران و موقعیت ترک روی فرکانس‌های طبیعی تیر مورد بررسی قرار می‌گیرد. مشاهده می‌شود که با افزایش سرعت دوران، فرکانس‌های طبیعی افزایش می‌یابد. همچنین با دور شدن ترک از تکیه‌گاه گیردار، فرکانس طبیعی اول افزایش و سایر فرکانس‌ها بسته به دور یا نزدیک شدن به گره‌های ارتعاشی، کاهش یا افزایش می‌یابند. نتایج اعتبارسنجی نشان‌دهنده دقت بالای روش انتقال دیفرانسیل برای تحلیل ارتعاشات آزاد این نوع سیستم است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Free vibration analysis of cracked rotating multi-span Timoshenko beams using differential transform method

نویسندگان English

Mohammad Raeisi 1
Alireza Ariaei 2
1 University of Isfahan
2 Faculty of Engineering, University of Isfahan
چکیده English

Free vibration analysis of a cracked rotating multi-span Timoshenko beam is studied in this article to determine the natural frequencies and mode shapes of this beam. First, the relationships between each two segments are obtained by considering the compatibility requirements in the frame angles and in the cracks. To determine the transformed compatibility requirements, the boundary conditions, and the vibrational equations, the so-called differential transform method (DTM) is used. Then, these equations are performed to determine the natural frequencies. The mode shapes of the beam are determined by using the inverse of differential transform method. The results have been validated against those obtained from Abaqus software for a rotating multi-span beam and the ones obtained from transfer matrix method for a non-rotating case that an appropriate agreement is observed. Finally, the effects of the angle of break, the rotational speed, and the crack location on the natural frequencies are investigated. It is shown that the natural frequencies will be increased by increasing the rotational speed. Also, it is seen that the first natural frequency will be increased by moving the crack location from the cantilever support to free support and the variations of other frequencies are dependent to the crack distance to the vibrational nodes. The validation results show the accuracy of DTM in the process of studying the free vibration of this problem.

کلیدواژه‌ها English

Rotating multi-spam beam
Timoshenko Beam
Differential transform method
Crack
natural frequency
Mode Shape