پروژه آموزشی بررسی ارتعاشات تیر یک سرگیردار به کمک تست تجربی و حل عددی با آباکوس

ﯾﮑﯽ از راهﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ آن ﻣﯽﺗﻮان رﻓﺘﺎر دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﺳﺎزهﻫﺎ را ﺗﺤﻘﯿﻖ ﮐﺮد ﺗﺴﺖ ارﺗﻌﺎﺷﯽ آن اﺳﺖ. ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺘﺎﯾﺞ آزﻣﺎﯾﺸﮕﺎﻫﯽ ﺗﺴﺖ ارﺗﻌﺎﺷﺎت ﻣﯽﺗﻮان درﺳﺘﯽ ﻣﺪلﻫﺎي ﺗﺌﻮري ﻣﺎﻧﻨﺪ اﺟﺰاء ﻣﺤﺪود را ﺑﺮرﺳﯽ ﮐﺮد و ﺣﺘﯽ آنﻫﺎ را ﺗﺎ ﺣﺪود زﯾﺎدي ﺑﻬﺒﻮد ﺑﺨﺸﯿﺪ. ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺣﺎﺻﻞ از اﻧﺪازهﮔﯿﺮي ارﺗﻌﺎﺷﺎت ﺳﺎزهﻫﺎ ﻧﯿﺰ اﺳﺘﻔﺎدهﻫﺎي ﻣﺘﻌﺪدي ﻣﺎﻧﻨﺪ ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ رﻓﺘﺎر ارﺗﻌﺎﺷﯽ ﺳﺎزه در ﺷﺮاﯾﻂ ﮐﺎري، ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻧﯿﺮوﻫﺎي وارد ﺑﺮ ﺳﺎزه، اﺻﻼح ﮐﺮدن رﻓﺘﺎر ارﺗﻌﺎﺷﯽ ﺳﺎزه ﺑﺎ ﺗﻐﯿﯿﺮ اﺑﻌﺎد، ﺟﻨﺲ ﻗﻄﻌﻪ و … دارﻧﺪ. روشﻫﺎي ﺑﺴﯿﺎري ﺑﺮاي آﻧﺎﻟﯿﺰ ارﺗﻌﺎﺷﯽ و ﺗﺴﺖ ﺳﺎزه وﺟﻮد دارد. ﺗﺎﺑﻊ ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ)FRF( ﯾﮑﯽ از اﺑﺰارﻫﺎي ﺧﺎص ﺑﺮاي آﻧﺎﻟﯿﺰ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ و ارﺗﻌﺎﺷﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. ﺗﺎﺑﻊ ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﯾﮏ ﺗﺎﺑﻊ ﺗﺒﺪﯾﻞ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ، ﮐﻪ در ﺣﻮزه ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ ﻧﻤﺎﯾﺶ داده ﻣﯽﺷﻮد. ﺗﻮاﺑﻊ ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ، ﺗﻮاﺑﻊ ﻣﺨﺘﻠﻄﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﻨﺪ ﮐﻪ از ﻗﺴﻤﺖﻫﺎي ﺣﻘﯿﻘﯽ و ﻣﻮﻫﻮﻣﯽ ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺷﺪهاﻧﺪ. ﻫﻢﭼﻨﯿﻦ ﻣﯽﺗﻮان آنﻫﺎ را ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺮمﻫﺎي اﻧﺪازه و ﻓﺎز ﻧﻤﺎﯾﺶ داد. ﯾﮏ ﺗﺎﺑﻊ ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﻣﯽﺗﻮاﻧﺪ از دادهﻫﺎي اﻧﺪازهﮔﯿﺮي ﺷﺪه و ﯾﺎ ﺗﻮاﺑﻊ ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ ﺗﺸﮑﯿﻞ ﺷﻮد. ﺗﺎﺑﻊ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ، ﭘﺎﺳﺦ ﺳﺎزه را ﺑﻪ ﻧﯿﺮوي اﻋﻤﺎﻟﯽ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺗﺎﺑﻌﯽ از ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ ﻧﻤﺎﯾﺶ ﻣﯽدﻫﺪ ﮐﻪ اﯾﻦ ﭘﺎﺳﺦ ﻣﻤﮑﻦ اﺳﺖ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ، ﺳﺮﻋﺖ و ﯾﺎ ﺷﺘﺎب ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺷﻮد.

روشﻫﺎي آﻧﺎﻟﯿﺰ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ ﺳﺎزهﻫﺎ را ﻣﯽﺗﻮان ﺑﻪ ﺳﻪ دﺳﺘﻪ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﮐﺮد:

 ﺣﻞ ﺗﺤﻠﯿﻠﯽ
 ﺗﺴﺖ ﺗﺠﺮﺑﯽ
 ﺣﻞ ﻋﺪدي ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﺮماﻓﺰارﻫﺎي ﺣﻞ ﻋﺪدي

شرح پروژه:

ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻣﻄﺎﻟﺐ ذﮐﺮ ﺷﺪه، در اﯾﻦ ﭘﺮوژه ﺑﻪ دﻧﺒﺎل ﺗﻌﯿﯿﻦ ﻣﺸﺨﺼﺎت دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﯾﮏ دﯾﺴﮏ داﯾﺮهاي ﻣﯽﺑﺎﺷﯿﻢ. ﻫﻤﺎنﮔﻮﻧﻪ ﮐﻪ اﺷﺎره ﺷﺪ اﯾﻦ ﻋﻤﻞ را ﻣﯽﺗﻮان ﺑﻪ ﺳﻪ روش ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺣﻞ ﺗﺤﻠﯿﻞ، ﺗﺴﺖ ﺗﺠﺮﺑﯽ و ﺣﻞ ﻋﺪدي اﻧﺠﺎم داد.

4-1 – ﭘﯿﺎدهﺳﺎزي ﺗﺴﺖ ﺗﺠﺮﺑﯽ

ﭘﺮوژه ﺣﺎﺿﺮ ﺑﺎ اﻧﮕﯿﺰه آﺷﻨﺎﯾی ﺑﺎ اﻧﺠﺎم ﯾﮏ ﺗﺴﺖ ﻣﻮدال ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﭼﮑﺶ ﺑﻪ ﻋﻨﻮان اﺑﺰار ﺗﺤﺮﯾﮏ ﻃﺮاﺣﯽ ﺷﺪه اﺳﺖ. در اﯾﻦ آزﻣﺎﯾﺶ ﺧﻮاص ﻣﻮدال ﯾﮏ ﺗﯿﺮ ﯾﮏ ﺳﺮ درﮔﯿﺮ، ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﺗﺤﺮﯾﮏ ﺑﻪ وﺳﯿﻠﻪ ﭼﮑﺶ ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ ﻣﯿﺸﻮد. ﺑﺮاي ﺗﻌﯿﯿﻦ ﻣﺸﺨﺼﺎت دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﺳﺎزه ﻣﻮردﻧﻈﺮ از ﺗﺴﺖ ﭼﮑﺶ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ. ﺑﺮاي اﯾﻦ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﻌﺪادي ﺷﺘﺎبﺳﻨﺞ ﺑﺮ روي ﺗﯿﺮ ﯾﮑﺴﺮ درﮔﯿﺮ ﻧﺼﺐ ﮔﺮدﯾﺪه و ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﭼﮑﺶ ﻣﻮدال ﺿﺮﺑﻪﻫﺎﯾﯽ ﺑﻪ آن وارد ﺷﺪه اﺳﺖ. ﻧﯿﺮوي وارد ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﭼﮑﺶ ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﻧﯿﺮوﺳﻨﺞ ﻧﺼﺐ ﺷﺪه ﺑﺮ ﻧﻮك ﭼﮑﺶ و ﺷﺘﺎب ﻧﻮﺳﺎن ﺗﯿﺮ در ﻧﻘﺎط ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺗﻮﺳﻂ ﺷﺘﺎبﺳﻨﺞﻫﺎي ﻧﺼﺐ ﺷﺪه، ﭘﺲ از ﻫﺮ ﺿﺮﺑﻪ درﯾﺎﻓﺖ ﻣﯽﮔﺮدد. دادهﻫﺎي ﻣﺮﺑﻮط ﺑﻪ ﺗﺤﺮﯾﮏ و ﭘﺎﺳﺦ ﯾﮏ ﻧﻘﻄﻪ در اﺧﺘﯿﺎر ﻫﺮﯾﮏ از ﮔﺮوهﻫﺎ ﻗﺮار ﺧﻮاﻫﺪ ﮔﺮﻓﺖ.

ﺑﻪ ﮐﻤﮏ دادهﻫﺎي درﯾﺎﻓﺖ ﺷﺪه، ﻧﺘﺎﯾﺞ زﯾﺮ را اﺳﺘﺨﺮاجﺷﺪه اﺳﺖ:

1 ﻧﻤﻮدارﻫﺎي داﻣﻨﻪ و ﻓﺎز ﭘﺎﺳﺦ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ را ﺑﺮﺣﺴﺐ ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ، زﯾﺮ ﯾﮑﺪﯾﮕﺮ رﺳﻢ ﻧﻤﻮده و ﻧﺤﻮه ﺗﻐﯿﯿﺮات ﻫﺮ دو را در ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻣﺨﺘﻠﻒ ﺑﺮﮐﺮده اﯾﻢ. ﺑﺮاي رﺳﻢ ﻧﻤﻮدار ﻫﺎ در ﻧﻈﺮ داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﯿﺪ ﮐﻪ:

2 ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از ﻧﻤﻮدار ﻗﺴﻤﺖ 1، ﺗﻌﯿﯿﻦﮐﺮده اﯾﻢﯾﮏ از ﻗﻠﻪﻫﺎي ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه ﻣﻌﺮف ﭼﻪ ﭘﺎراﻣﺘﺮي (𝜔d ،𝜔n ﯾﺎ𝜔𝑟 ) ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ.

3 ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از راﺑﻄﻪ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه ﺑﯿﻦ داﻣﻨﻪ ﻗﻠﻪ و ﺿﺮﯾﺐ ﻣﯿﺮاﯾﯽ ارﺗﻌﺎﺷﺎت ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ، ﺿﺮﯾﺐ ﻣﯿﺮاﯾﯽ ﻫﺮﯾﮏ از ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻃﺒﯿﻌﯽ ﺗﯿﺮ را ﺑﻪ دﺳﺖ

-2 ﭘﯿﺎدهﺳﺎزي ﺣﻞ ﻋﺪدي

ﭘﯿﺎدهﺳﺎزي ﺣﻞ ﻋﺪدي ﻫﻤﺎنﮔﻮﻧﻪ ﮐﻪ ﺑﯿﺎن ﺷﺪ ﯾﮑﯽ از روشﻫﺎي ﭘﯿﺶﺑﯿﻨﯽ رﻓﺘﺎر دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﻫﺮ ﺳﺎزه ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻋﺪدي آن ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. در اﯾﻦ ﺑﺨﺶ ﻫﺪف ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي دﯾﺴﮏ ﻣﻮردﻧﻈﺮ در ﯾﮏ ﻧﺮماﻓﺰار ﺣﻞ ﻋﺪدي ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ )ﭘﯿﺸﻨﻬﺎد ﻣﯽﺷﻮد از ﻧﺮماﻓﺰار Abaqus اﺳﺘﻔﺎده ﮔﺮدد(. ﻣﺸﺨﺼﺎت ﻫﻨﺪﺳﯽ و ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﻣﺎده ﺑﻪ ﮐﺎر رﻓﺘﻪ ﺟﻬﺖ ﺳﺎﺧﺖ آن ﻣﻄﺎﺑﻖ ﺟﺪول زﯾﺮ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ:

ﺑﺎ ﻣﺪلﺳﺎزي و ﺗﺤﻠﯿﻞ ﻓﺮﮐﺎﻧﺴﯽ دﯾﺴﮏ و اﺳﺘﺨﺮاج ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻃﺒﯿﻌﯽ ﺗﺎ 1000 ﻫﺮﺗﺰ، ﺑﻪ ﺧﻮاﺳﺘﻪﻫﺎي ذﯾﻞ ﭘﺎﺳﺦ داده اﯾﻢ. 1 ﺑﺎ (ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﻧﯿﻤﯿﺸﻦ اﯾﺠﺎد ﺷﺪه ﺗﻮﺳﻂ ﻧﺮﻣﺎﻓﺰار ﺑﺮاي ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي اﺑﺘﺪاﯾﯽ، ﻣﺸﺎﻫﺪات ﺧﻮد از ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه را ﺗﻮﺿﯿﺢ داده ایم.

2فرﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻃﺒﯿﻌﯽ ﺗﯿﺮ را ﻣﺸﺨﺺ کرده ایم.

3 ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﺷﮑﻞ ﻣﻮدﻫﺎي ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه دﻟﯿﻞ ﻟﺰوم اﺳﺘﻔﺎده از ﭼﻨﺪﯾﻦ ﺷﺘﺎبﺳﻨﺞ در ﻧﻘﺎط ﻣﺨﺘﻠﻒ را ﺑﯿﺎن کرده ایم.

4 ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻃﺒﯿﻌﯽ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه در ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي را ﺑﺎ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﻪ دﺳﺖ آﻣﺪه در ﺗﺴﺖ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻧﻤﻮده و دﻻﯾﻞ ﺗﻔﺎوت ﺑﯿﻦ آنﻫﺎ را ﺑﯿﺎنکزده ایم.

5 ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ اﯾﻦ ﻧﮑﺘﻪ ﮐﻪ ﺷﺒﯿﻪﺳﺎزي ﺑﻪ ﮐﻤﮏ ﻧﺮماﻓﺰارﻫﺎي ﻋﺪدي ﺑﺎ ﻫﺰﯾﻨﻪ ﺑﺴﯿﺎر ﮐﻤﺘﺮ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﺗﺴﺖ ﺗﺠﺮﺑﯽ، ﻋﻼوهﺑﺮ ﻓﺮﮐﺎﻧﺲﻫﺎي ﻃﺒﯿﻌﯽ، ﺷﮑﻞ ﻣﻮد ﺳﺎزه را ﻧﯿﺰ ﻧﺸﺎن ﻣﯽدﻫﻨﺪ، بررسی کرده ایم آﯾﺎ ﻧﯿﺎزي ﺑﻪ ﭘﯿﺎدهﺳﺎزي ﺗﺴﺖﻫﺎي ﺗﺠﺮﺑﯽ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ؟

داده های پروژه:

 دادهﻫﺎي ﭘﺮوژه ﺷﺎﻣﻞ ﻧﺴﺐ ﺷﺘﺎب ﻧﻮﺳﺎﻧﺎت دﯾﺴﮏ ﺑﻪ ﻧﯿﺮوي اﻋﻤﺎﻟﯽ در ﯾﮏ ﻧﻘﻄﻪ ﺗﻮﺳﻂ ﭼﮑﺶ ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. در ﻫﺮﯾﮏ از ﻓﺎﯾﻞﻫﺎي داده، ﺳﺘﻮن اول ﻧﻤﺎﯾﺶدﻫﻨﺪه ﺷﻤﺎرﻧﺪه و ﺳﺘﻮن دوم ﺑﯿﺎنﮔﺮ ﻓﺮﮐﺎﻧﺲ و ﺳﺘﻮن ﺳﻮم ﻧﻤﺎﯾﺎﻧﮕﺮ ﻗﺴﻤﺖ ﺣﻘﯿﻘﯽ و ﺳﺘﻮن ﭼﻬﺎرم ﻧﻤﺎﯾﺎﻧﮕﺮ ﻗﺴﻤﺖ ﻣﻮﻫﻮﻣﯽ ﺳﯿﮕﻨﺎل ﻣﯽﺑﺎﺷﺪ. 

بخشی از گزارش کار:

چکیده

یکی از راه‌هایی که به وسیله آن می توان خصوصیات مکانیکی و صنعتی اجزاء ماشین را تحقیق کرد تست ارتعاشی آن است. با استفاده از نتایج آزمایشگاهی تست ارتعاشات می توان درستی مدل های تئوری مانند اجزاء محدود را بررسی کرد و حتی آنها را تاحدود زیادی بهبود بخشید. نتایج حاصل از اندازه گیری ارتعاشات اجزاء ماشین نیز استفاده‌های متعددی دارند مانند پیش بینی رفتار ارتعاشی قطعه در شرایط کاری، محاسبه نیروهای وارد بر قطعه در هنگام کار ، اصلاح کردن رفتار ارتعاشی قطعه با تغییر ابعاد؛ جنس قطعه و…. معمولاً دو روش مختلف در اندازه گیری ارتعاشات استفاده می گردد: الف) اندازه گیری دامنه و فرکانس ارتعاشاتی که به اجزاء ماشین در هنگام کارتحمیل می شود. (اندازه گیری پاسخ) ب) بررسی خصوصیات ارتعاشی اجزاء ماشین به روش تحریک با نیرویی شناخته شده (اندازه گیری نیرو و پاسخ). در چنین آزمایشی هم پاسخ و هم تحریک بررسی می شوند تا خصوصیات کلی قطعه بدست آید و بتوانیم از رفتار قطعه، یک مدل ریاضی بسازیم. به چنین آزمایشی عموماً ” تست مودال ” می گویند[2]. هدف از انجام این پروژه بررسی تست مودال تیر یک سر گیردار به کمک تست تجربی و نیز حل عددی (با نرم افزار آباکوس) آن ونیز مقایسه این دو روش می‌باشد. از نتیجه انجام این پروژه می‌توان دریافت اگرچه نرم افزارها(حل عددی) با دقت نسبتا خوبی اطلاعات خروجی را در اختیار می‌گذارند و حتی امکان انجام تست هایی را می‌دهند که انجام آن به صورت آزمایشگاهی نیازمند صرف هزینه‌های بالا و یا وقت بسیار است و یا حتی در برخی موارد انجام آن تست ها به صورت تجربی غیر ممکن است ولی با این وجود انجام تست تجربی برای اطمینان از صحت اطلاعات خروجی از نرم افزار تا مراحل اولیه نیاز است.

پروژه بررسی ارتعاشات تیر یک سرگیردار به کمک تست تجربی و حل عددی با آباکوس توسط کارشناسان گروه ۱.۲.۳ پروژه پیاده سازی گردیده.