مدل سازي اتفاقي ماشين دوار با در نظر گرفتن عدم قطعيت در پارامترهاي آن

دكترا

شناسايي پارامترهاي تاثيرگذار بر روي رفتار ديناميكي سازه¬ها يك گام مهم در طراحي و به¬روزرساني سيستم¬هاي ديناميكي مي¬باشد. سازه¬هاي مهندسي ساخته شده به صورت اجتناب ناپذيري در معرض بسياري از منابع عدم قطعيت مانند تغيير ابعاد هندسي ناشي از فرايند توليد و مونتاژ، خوردگي و سايش، تغييرات ذاتي در مواد و شرايط محيطي متفاوت و شرايط مرزي نامشخص هستند. عدم قطعيت در پارامترها سبب مي‌گردد تا سازه¬هاي با شرايط نامي يكسان داراي مقادير متفاوت فركانس¬هاي طبيعي و پاسخ ارتعاشي باشند. در اين پايان نامه ابتدا به كارهاي صورت گرفته در زمينه مدلسازي عدم قطعيت پرداخته شده است، سپس انواع مدل¬هاي ارائه شده براي مدلسازي و نقاط ضعف و قوت آنها بيان گرديده است. در ادامه به بررسي مدلسازي عدم قطعيت در سيستم¬هاي دوار پرداخته شده است. روش‌هاي به‌روزرساني اتفاقي مدل، تغييرات در پاسخ مدل را در نظر مي‌گيرند و آنها را به پارامترهاي مدل اختصاص مي‌دهند. با اين حال، آنها معمولاً در ديناميك روتور استفاده نمي‌شوند و رويكرد مدل‌سازي قطعي هنوز در اين زمينه متداول مي¬باشد. با توجه به تلاش و هزينه‌هاي بالاي مورد نياز براي راه اندازي مجموعه آزمون و به دست آوردن نتايجي كه خصوصيات واقعي ماشين دوار را منعكس مي‌كند، به روزرساني اتفاقي سيستم¬هاي دوار صنعتي به ندرت در ادبيات،‌ گزارش شده است. در اين پايان نامه با انتخاب پارامترهاي موثر بر رفتار ديناميكي سيستم دوار مورد مطالعه، يك استراتژي نمونه¬گيري مناسب براي به‌روزرساني مدل اتفاقي، براي بررسي تغييرات در رفتار ديناميكي سيستم پيچيده زيرپايه-ياتاقان-روتور در نمونه توربوكمپرسور صنعتي اتخاذ شده است، كه منجر به نتايج موفقيت آميز شناسايي پارامترهاي سيستم گرديده است كه تاكنون چنين مطالعه كامل و جامعي با رويكرد احتمالي و بيان عدم قطعيت در سيستم واقعي ديناميك روتور در مراجع رويت نشده است. در اين پايان¬نامه روش حساسيت كلي بر اساس تجزيه واريانس سوبول با به كارگيري روش مونت كارلو ، جهت آناليز حساسيت و انتخاب پارامترهاي موثر بر رفتار ديناميكي به منظور به¬روزرساني معرفي شده است. سپس رويكرد بيزين در به‌روزرساني مدل اتفاقي براي تخمين عدم قطعيت پارامتر در مجموعه دوار با ويژگي¬هاي وابسته به سرعت استفاده شده است. روش نمونه‌گيري پيشرفته زنجيره¬اي ماركوف مونت كارلو با استفاده از الگوريتم متروپليس تطابقي تأخير رد جهت كارايي و بهبود عملكرد حل در به¬روزرساني مدل اتفاقي استفاده گرديده است. در نهايت احتمالات پسين حاشيه‌اي پارامترها استخراج و توزيع پارامترهاي نامشخص با استفاده از معيار حداكثر آنتروپي ارزيابي شده است. با توجه به اينكه سازه¬هاي مختلف مونتاژي در صنعت، داراي اتصالات مختلفي مانند شرينك فيت¬ها ،‌ اتصالات اصطكاكي فلنج ها و .. هستند بررسي عدم قطعيت در اين باره اهميت فراواني دارد و مي¬تواند تغيير در رفتار سازه را پيش بيني و از وقوع رفتارهاي ناخواسته جلوگيري نمايد. مدل¬سازي عدم قطعيت در اتصالات در حوزه¬هاي غيرخطي يك گام رو به جلو در طراحي سازه مهندسي كه در مراجع رويت نشده است. در اين پايان¬نامه همچنين يك الگوريتم شناسايي اتفاقي در سازه¬هاي داراي رفتار غيرخطي ارائه شده كه نتايج موفقي را در پي داشته است. در اين الگوريتم روش بيزين با دو مرحله شناسايي با استفاده از تابع شباهت بر اساس كمينه نمودن فاصله ماهالانوبيس با درنظر گرفتن مشخصات آماري نمونه¬هاي تست و مدل،‌ چهارچوب مطمئني جهت به¬روزرساني مقادير ميانگين و انحراف معيار پارامترها ارائه مي¬دهد. روش ارائه شده به دليل استفاده از الگوريتم متروپليس تطابقي با تاخير رد بر اساس تابع شباهت با كمينه نمودن فاصله ماهالانوبيس و نيز با دو مرحله به¬روزرساني نتايج دقيق¬تري نسبت به شناسايي تك مرحله¬اي در به¬روزرساني توزيع پارامترها و واريانس آنها مي¬دهد. روش به¬رورزساني ارائه شده ابتدا بر روي مجموعه سه درجه آزادي جرم و فنر با تماس غيرخطي و سپس بر روي مجموعه تست معيار داراي تكيه گاه غيرخطي در آزمايشگاه مودال دانشگاه علم و صنعت پياده سازي گرديد. در رژيم غيرخطي، مدل الاستو پلاستيك والانيس به منظور برآورد رفتار غيرخطي سطح تماس در سازه مورد نظر استفاده شده است. پارامترهاي مدل والانيس به عنوان متغيرهاي اتفاقي در نظر گرفته شده¬اند و خواص آماري (ميانگين و انحرافات معيار) پارامترهاي مدل والانيس با استفاده از روش بيزين و الگوريتم پيشنهادي اعمال شده در سطح تماس مشخص گرديد. در نهايت، نتايج مدل شبيه سازي شده با داده¬هاي آزمايش سازه معيار مقايسه شد. همگرايي بين رفتار آماري پاسخ پيش بيني شده و داده¬هاي اندازه¬گيري شده نشان از كارا بودن مدل ارائه شده در به¬روزرساني سيستم¬هاي غيرخطي مي¬دهند.

210035

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي مكانيك- ديناميك ـ كنترل و ارتعاشات

حميد احمديان