عنوان
بررسي رفتار استاتيكي و ارتعاشي تيرهاي ساده و دوار ساخته شده از ساختار هاي فرامواد
نويسنده اصلي
بيدرام، علي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
فرامواد از جمله مواد مهندسي شده مي‌باشند كه با تغيير يا اصلاح خواص طبيعي مواد موجود در جامعه از طريق تغيير ريزساختار آن‌ها به وجود مي‌آيند و داراي خواص منحصر به فرد و فراتر از مواد طبيعي هستند. خاصيت شكل‌پذيري از جمله خواص فرامواد است. بسياري از فرامواد قادر به تغيير شكل خود با مكانيزم هاي تاشو هستند. فرامواد به دليل خاصيت شكل‌پذيري در بال هواپيما، پره‌ي هليكوپتر، پره‌ي توربين و غيره كاربرد بسياري دارند. در پره‌هاي هليكوپتر، كوپلينگ خمش-پيچش يك پديده پيچيده و مهم در طراحي و عملكرد پره‌ها است. هنگامي‌كه پره در حين چرخش خم مي‌شود، همزمان دچار پيچش نيز مي‌شود. كوپلينگ خمش-پيچش تاثيراتي بر روي عملكرد آيروديناميكي (تاثير بر توزيع نيرو و توليد نيروي برآ)، استحكام ساختاري (تاثير بر تنش‌ها و لرزش‌ها و پايداري و عمر مفيد پره‌ها) و كنترل پرواز دارد. عوامل بسياري بر كوپلينگ خمش-پيچش اثر مي‌گذارند كه از آن‌ها مي‌توان به شكل هندسي پره از جمله نسبت ابعاد، ضخامت و انحناي آن اشاره كرد. از طرفي ديگر تحليل ارتعاشات هسته پره‌ي هليكوپتر با فرض يك تير دوار امري ضروري است. تيرهاي دوار كه ساده‌سازي‌هايي از اجزاي مكانيكي پيچيده‌تر هستند، به طور گسترده در بخش‌هاي راهبردي صنعت و اقتصاد، مانند هوافضا، توليد انرژي يا حمل و نقل دريايي استفاده مي‌شوند. عدم كنترل ارتعاشات پره‌ها و تيرهاي دوار با روش‌هاي مناسب مي‌تواند باعث اختلال در عملكرد هليكوپتر، خستگي زودرس قطعات، كاهش عمر سيستم و شكست پره و سقوط هليكوپتر شود. در اين پژوهش، سه مدل تير ساخته شده از فرامواد به عنوان هسته پره هليكوپتر در مقياس كوچك در نظر گرفته شده است كه هندسه سلول واحد تشكيل‌دهنده تير‌ها براي دستيابي به خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش مورد بررسي قرار گرفته شده است. تيرهاي متشكل از چندين سلول واحد فرامواد به كمك فناوري ساخت افزودني ساخته و آزمون‌هاي تجربي استاتيكي و ديناميكي روي آن‌ها انجام شده است. همچنين براي راستي‌آزمايي نتايج تجربي، شبيه‌سازي‌هاي اجزاء محدود در نرم‌افزار آباكوس انجام شده است. نتايج بدست آمده از آزمون‌هاي استاتيكي نشان مي‌دهد تير با هندسه سلول واحد متشكل از يك مكعب ساده و سلول فرعي مورب نسبت به ساير هندسه‌هاي مورد بررسي در عين سادگي ساختار از خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش بيشتري برخوردار است. همچنين افزايش ضريب منظري در هندسه سلول واحد تاثير بسياري بر بهبود خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش دارد. با تغيير اندك در سلول فرعي مورب هندسه سلول واحد تشكيل‌دهنده‌ي تير‌ها، اين خاصيت بهبود يافته است. همچنين تحليل ديناميكي تير‌ها نشان مي‌دهد تير‌ها با خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش بيشتر كه در آزمون‌هاي استاتيكي بدست آمده است، داراي فركانس‌هاي طبيعي بالاتر هستند و تعداد مود‌هاي پيچش در بازه فركانسي مشخص بيشتر است كه دليلي بر اثبات خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش در اين تير‌ها است. در بخش ديگر اين پژوهش، تيرهاي ساخته شده از فرامواد به عنوان تيرهاي دوار تحت آزمون‌هاي آناليز مودال به روش اجزاء محدود قرار مي‌گيرد. تيرهاي ساخته شده در اين پژوهش با توجه به ابعاد آن‌ها به عنوان هسته پره دم هليكوپتر تحت سرعت‌هاي دوراني مختلف قرار گرفته و فركانس‌هاي طبيعي و شكل مود‌هاي آن‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس نتايج، با افزايش سرعت دوراني، فركانس‌هاي طبيعي نيز افزايش يافته است اين در حالي است كه شكل مود‌هاي تيرهاي دوار با شكل مود‌هاي تير ساكن تقريبا يكسان است و در برخي مقاصد مي‌توان از شكل مود‌هاي تير ساكن به جاي تير دوار استفاده كرد. سپس با بررسي نموداري موسوم به نمودار كمپل سرعت‌هاي دوراني بحراني سه مدل تير در محدوده كاري مشخص براي جلوگيري از ايجاد پديده تشديد بدست آمده است. بر اساس نتايج شبيه‌سازي تير با خاصيت كوپلينگ خمش-پيچش كمتر در محدوده كاري مشخص داراي سرعت‌هاي بحراني بيشتري است.
شماره ركورد
228207
گرايش رشته تحصيلي
طراحي كاربردي
دانشكده
مهندسي مكانيك
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان