پایان نامه مهندسی مکانیک wire rope spring

پایان نامه مهندسی مکانیک wire rope spring

خلاصه

یک کمک فنر که عمدتا در ناوهای دریایی به کار می رود WRS می باشد. WRS ها شامل یک طناب سیمی استاندارد هستند که بین گیره های فلزی ثابت (میله ها) قرار دارند. WRS نشاند دهنده ی یک اجرای میرایی (استهلاک) بر اثر اصطکاک ثابت و لغزشی بین بندهای طناب سیمی می باشند. WRS پذیرنده ی طناب سیمی استاندارد به عنوان جزء ارتجاعی می باشد و از اصطکاک ماندگار بین بندهای تکی طناب استفاده می کند. القای هماهنگ فنر منجر به ایجاد به اصطلاح یک حلقه ی پسماند می شود که خود در نهایت باعث اتلاف انرژی می گردد. بنابراین ، WRS یک ابزار میرایی مناسبی می باشد. به منظور افزایش دانش در خصوص رفتار دینامیکی WRS ، هدف از این پروژه بررسی هر دو رفتار شبه استاتیکی و دینامیکی از WRS در حالت کشش و تراکم می باشد. نمونه ی بوک – ون یک نمونه ی پسماندی در خصوص یک موضوع وابسته به پدیده شناسی بوده که شامل چهار پارامتر α ، B ، γ و n می باشد. کیفیت n بر روی همواری از حالت ارتجاعی به حالت پلاستیکی نظارت می کند. پارامترهای B و γ عمدتا شکل حلقه ی پسماند را کنترل می کنند. با یک انتخاب مناسب برای پارامترهای B و γ می توان سختی و نرمی و رفتار نیمه خطی را نشان داد. اگرچه ، زمانیکه سیستم رفتار نرمی را نشان دهد ، ترکیبات مختلفی برای B و γ می توانند منجر به ایجاد منحنی های پسماندی برابری شوند. با افزودن یک محدودیت برای این دو پارامترها از این پدیده ی اضافی می تواند جلوگیری به عمل آورد. دومین راه حل پذیرفتن نسخه ای جایگزین از نمونه ی بوک – ون است که در آن پارامتر γ حذف شده است. با آزمون های شبه استاتیک بارگیری ، نشان داده شده است که WRS که در این پروژه به کار رفته است از خود رفتاری را نشان می دهد که نمی توان آن را با نمونه ی بوک – ون توضیح داد ، زیرا WRS دارای رفتار سختی در کشش و رفتار نرمی در تراکم می باشد. دوم آنکه ، برای دامنه های کوچک ، WRS نشان دهنده ی رفتار نرمی می باشد که از طریق رفتار نیمه خطی به تدریج باعث تغییر به حالت سختی می شود تا دامنه افزایش یابد. این پدیده سختی نرم نامیده می شود. در پایان ، تحت فشار ، مسیر بارگیری برای دامنه های مختلف یکسان بوده که اصطکاک سختی نامیده می شود. برای کار با این موارد یک نسخه ی اصلاح شده از نمونه ی بوک ون برگزیده شده است که تشریح کننده ی رفتار فوق می باشد یک نتیجه ی مهم از استفاده ی این مدل اصلاح شده آن است که مجموعه ای از پارامترهایی که می بایست شناسایی شوند شامل نه مورد هستند که با توجه به وجود پدیده ی افزونگی در نمونه ی بوک – ون ، عمل شناسایی بسیار دشوار خواهد بود. روش های شناسایی مختلفی قبل از انجام سه مرحله ی اولیه صورت گرفته است. در مرحله ی اول تنها رفتار نرمی در نظر گرفته می شود. این پارامترها برای شناسایی مقادیر در مرحله ی دوم می باشند که در آن میزان منحنی پسماند تشریح می شود. در مرحله ی پایانی ، تمامی پارامترها آزاد می شوند تا بطور بهینه تمامی مقادیر را تنظیم کنند. در نهایت واکنش شناخته شده و نتایج آزمایشی نشان دهنده ی تطبیق مناسبی می باشند. اگرچه برای سطوح دامنه ی کوچک هنوز تفاوتی وجود دارد. شبیه سازی هایی نیز برای ایجاد رفتار دینامیکی نمونه ی بوک – ون و مدل اصلاح شده ی آن صورت می گیرد. یک واکنش دینامیکی غیر خطی با یک بسامد تشدید شده ی مستقل و یکنواخت نیز مشاهده شده است. همچنین نشان داده شده است که واکنش دینامیکی برای ترکیبات B و γ متفاوت می باشد که باعث ایجاد منحنی های پسماندی می شود. این امر برای نمونه ی بوک – ون و شکل اصلاح شده ی آن صدق می کند. نتایج تکاننده در منحنی های دامنه بسامد دیده می شوند. بسامد همنوای مستقل دامنه ای از بسامدهای پایین تر آغاز می شود. علاوه بر این یک تشدید بسیار یکنواخت وجود دارد که تشخیص آن ها کار دشواری است. نتایج ضربه ای بر اساس جدول صورت گرفته اند. این نتایج حاکی از آن هستند که WRS ها بهترین ضربه گیرها می باشند ، زیرا اختلاف بین دامنه ی القایی و واکنش مربوط به آن بسیار زیاد می باشد. اگرچه شبیه سازی ضربه نشان می دهد که یک اختلاف در بین هر دو نتایج وجود دارد. اختلاف در هر دو دامنه به خاطر چارچوب آن ها بوده که در طول آزمایشات به آن ها نیاز می باشد زیرا ایجاد و اجرای آزمایشات مستلزم ملاحظات دقیق می باشد. عمل القا به طور مستقیم در جدول اندازه گیری می شود با فرض بر اینکه میرایی نادیده گرفته شود. شبیه سازی های بسامد نظری نشان می دهند که سطوح دامنه ی بزرگتر رفتار WRS و نمونه ی اصلاح شده ی بوک – ون هم کیفی و هم کمی خواهند بود. تعداد تشدیدهای یکنواخت که در شبیه سازی ها وجود دارند نشان دهنده ی این امر می باشد که نمونه بطور بسیار ضعیفی میرا شده است. در مقابل برای سطوح دامنه ی کوچکتر ، نمونه بطور بسیار سنگینی میرا می شود. بسامد همنوایی از آنچه در آزمایشات وجود داشت کوچکتر می باشد ؛ به همین صورت برای رفتار نیمه استاتیکی یک اختلاف وجود دارد. بنابراین WRS نشان دهنده ی یک نوع رفتار برای دامنه های کوچکتری می باشد که نمی توانند بطور کمی توسط مدل بوک – ون تشریح شوند. راه حل های ممکن ، استفاده از پارامترهای مجموعه ی دوم برای سطوح کوچک دامنه و یا مستقل ساختن پارامترهای دامنه می باشد. در پایان ، راه حل های دوره ای بوسیله ی روش دنبال کردن مسیر به دست می آیند که در بین این راه حل ها ، روش شلیکی بیشتر مورد تاکید قرار می گیرد. در ابتدا برخی از راه حل های بی ثبات یافت شدند که ناشی از بی دقتی های عددی می باشند. این مشکلات عددی نیز در اثر نمونه ی بوک – و ن هستند. این عامل بوسیله ی روش دنبال کردن مسیر بطور تقریبی از نمونه ی بوک – ون نشان داده شده است.

مقدمه

۱/۱- میرایی ارتعاش با استفاده از wrsها

در ناوهای دریایی ، نمی توان از ضربه ها و لرزش ها جلوگیری به عمل آورد. منابع القایی می توانند در این باره ذکر شوند : ضربه ی سنگین ، برانگیختگی موج ، برانگیختگی های ایجاد شده بوسیله ی انفجارهای زیر آبی. این ارتعاشات غیر مطلوب و حتی غیر قابل قبول می باشند. ارتعاشات بطور مخالفی بر نحوه ی عملکرد دستگاه ها به خصوص سیستم های رادار تاثیر می گذارند و حتی ممکن است باعث آسیب رساندن به دستگاه ها شوند. دوم آنکه ارتعاشات با سطوح دامنه ی زیاد منجر به ناراحت کردن خدمه ی در حال کار در کشتی می شوند. بنابراین ، سطوح ارتعاش در کشتی بر اساس استاندارد iso6954 محدود می شوند. به منظور کاهش سطح ارتعاش ، راه حل های فراوانی وجود دارد. بطور مثال افزایش سختی ، استفاده از موادی که دارای خصوصیات میرایی بالایی هستند و یا با به کار بردن یک راهکار کنترل کننده. سه نوع کنترل می توانند مشخص شوند : کنترل فعال ، نیمه فعال و غیر فعال. اکثر اوقات کنترل غیر فعال در کشتی به کار می رود. یک ضربه گیر (میرایی نوسان) نمونه ای از کنترل کننده ی غیر فعال می باشد. این ضربه گیر در زیر عرشه ی کشتی قرار می گیرد تا از تجهیزات و خدمه ی در حال کار بر روی عرشه محافظت کند. یک ضربه گیر که اغلب مورد استفاده قرار می گیرد wrs می باشد. Wrsها نوعی از میراگرهای فنری می باشند که شامل طناب های سیمی استاندارد بین گیره های فلزی سخت می شوند. به خاطر اصطکاک خشک بین لایه های مختلف ، پسماند صورت می گیرد. این در واقع دلیلی است که wrsها در زمان اتلاف انرژی بهترین وسیله برای میرایی می باشند. Wrs ها دارای این مزیت هستند که مانند فنرهای ضربه گیر lsm دچار فرسودگی نمی شوند. دومین مزیت آن ها آن است که wrs برای سبک کردن ضربه هایی با پهنای باند مناسب می باشند.
اگرچه ، وجود پسماند نیز دلیلی برای واکنش غیر خطی wrs و توده ی مربوط به آن می باشد. رفتار دینامیکی از wrs بطور کامل مورد درک قرار نگرفته است. Wrs در حالت کشش و فشار بارگیری می شود ؛ پس بنابراین شروع به گسترش دادن نمونه و تحلیل آن کار منطقی به نظر می رسد.

۱/۲- اهمیت عملی تحقیق در مورد wrsها

همانطور که در بخش ۱/۱ بیان شد ، سطح ارتعاش بر روی عرشه محدود می شود و بنابراین wrsها بعنوان ابزارهایی برای ضربه گیری به کار می روند. در این پروژه تلاش شده تا بتوان راهکارهای کاهش ارتعاش و لرزش wrs ارائه گردد. انتظار می رود که تمامی فنرها از خود رفتار متفاوتی نشان دهند زیرا تفاوت های هندسی بوجود آمده بوسیله بی دقتی های در حین فرآیند تولید بوجود آمده است. در تلاش برای یافتن توضیحاتی برای تفاوت ها بین واکنش های مختلف فنرها ، رابطه ی کیفی بین رفتار wrs و متغیر طرح بوجود می آید. این پروژه به محاسباتی که در طول طراحی انجام می شوند کمک شایان ذکری می کند. اگر در طول پروژه مشخص شد که واکنش نمونه و آزمایشی با یکدیگر تطبیق دارند ، پش بینی محاسبات اینکه آیا wrs در محیط هایی مانند ضربه گیرها قابل استفاده است یا خیر ممکن می باشد. در پایان ، این امر منجر به کاربردهای جدیدی برای wrs می شود.
۱/۳- هدف و طرح کلی پایان نامه

هدف از این پایان نامه ایجاد نمونه و تحلیل رفتار wrs در حالت کشش و فشار می باشد. رفتار شبه استاتیکی و دینامیکی این نوع فنر در نظر گرفته می شود. آزمایشاتی انجام خواهد شد و نتایج به دست آمده با نتایج شبیه سازی مورد مقایسه قرار می گیرند. فصل دوم wrs را به طور کلی معرفی می کند و سپس موارد مختلفی مورد تشریح قرار خواهند گرفت.
در ابتدا ، یک مقدمه ی کوتاه درباره ی پسماند که درباره ی wrs وجود دارد ارائه می گردد. در ادامه ، مروری بر روی تحقیقاتی که قبلا درباره ی wrs صورت گرفته است انجام می شود. فصل سوم نمونه ی بوک – ون که یک نمونه ی پسماندی می باشد را توضیح می دهد. ابتدا گسترش و توسعه ی نمونه توضیح داده می شود. دوم یک مطالعه ی پارامتری انجام می گیرد که در این نمونه تاثیر پارامترهای مختلف بر رفتار نیمه استاتیکی و دینامیکی مورد بحث قرار می گیرد. در پایان ، یک نسخه ی اصلاح شده از نمونه ی بوک – ون انتخاب می شود تا بتوان رفتار wrs را تشریح کرد. فصل چهارم نتایج به دست آمده از آزمایشات شبه استاتیکی را ارائه می دهد. بنابراین یک حالت خوب در خصوص رفتار استاتیکی wrs به دست می آید. سپس نتایج آزمایشی برای شناسایی پارامترهای نمونه ی اصلاح شده ی بوک – ون به کار می رود. روش های شناسایی مورد امتحان قرار گرفتند ، ولی در پایان یک فرآیند شناسایی سه مرحله ای در فصل پنجم پیشنهاد می شود تا نمونه مورد شناسایی قرار گیرد. آزمایشات لرزاننده ی الکتریکی انجام شده اند تا بتوان منحنی های دامنه ی بسامد را به دست آورد. علاوه بر این ، آزمایشاتی برای یادگیری در خصوص چگونه رفتار کردن wrs تحت تحریک ضربه ای انجام شده اند. نتایج به دست آمده از این آزمایشات در فصل ششم مورد بحث قرار خواهند گرفت. فصل هفتم تشریح کننده ی نتایج شبیه سازی های مختلف از رفتار دینامیکی می باشد. ابتدا انحراف یا شیفت بسامد در شبیه سازی ها انجام می شود. دوم روش شلیکی در ترکیب با روش دنبال کردن مسیر برای به دست آوردن راه حل های دوره ای مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این ، برانگیختگی آزمایشی از آزمایشات ضربه ای برای شبیه سازی اینگونه آزمایشات به کار می رود. تمامی نتایج به دست آمده از آزمایشات و شبیه سازی مورد مقایسه قرار خواهند گرفت. در پایان ، در فصل هشتم نتایجی به دست می آید و توصیه هایی نیز برای انجام تحقیق های بیشتر ارائه می شود.

برای مطالعه متن کامل پایان نامه مهندسی مکانیک به لینک زیر مراجعه فرمایید

ادامه مطلب