28542

مدلسازي پديده لغزش و شناسايي نيروي لغزشي در اتصالات اصطكاكي

دكتري

مهندسي مكانيك

1394

1402/04/11

دكتر حميد احمديان

مكانيك

در اين تحقيق با استفاده از پاسخ ديناميكي، مدل يك اتصال اصطكاكي در سازه الاستيك بدست مي‌آيد. هدف از انجام اين رساله استخراج پارامترهاي مدليست كه قادر به پيش‌بيني رفتار ديناميكي لغزش جزئي در حضور عدم قطعيت‌هاي ناشي از خطاهاي اندازه گيري حين انجام آزمونهاي ارتعاشي باشد. براي شبيه‌سازي رفتار اتصال، از بين مدل‌هاي متعدد ارائه شده، از مدل بوس ون استفاده مي‌شود. دليل اين انتخاب، كاربردهاي گسترده صنعتي مدل و بازتوليد نمودارهاي هيسترزيس متنوع مي‌باشد. در اين پروژه به بررسي رفتار غيرخطي اتصال بر مبناي يك روش شناسايي دو مودي مي‌پردازيم. اين هدف نيازمند وجود شرايطي است كه در آن دو مود بصورت همزمان در پاسخ سيستم سهم قابل توجهي داشته باشند. پديده رزونانس داخلي يكي از راه‌هاي دست‌يابي به اين حالت است. به اين منظور، يك تير با تكيه‌گاه اصطكاكي را در نظر مي‌گيريم و رفتار غيرخطي آن را در شرايط مختلف بررسي مي‌نماييم. نيروي اصطكاك در دو حالت نيروي نرمال ثابت و متغير بر سطح تماس، شناسايي و مدل‌سازي مي‌شود. شكل مودهاي غيرخطي سازه در اين روش، با تركيبي از شكل مودهاي سيستم خطي پايه تقريب زده مي‌شود. يكي از محدوديت‌هايي كه در استفاده از مدل‌هاي اتصال وجود دارد، عدم امكان ثبت تأثيرات نيروي عمودي در نيروي اصطكاكي عرضي مي‌باشد، زيرا مدل‌هاي موجود جهت نيروي لغزشي با فرض پيش‌‌بار ثابت ارائه شده‌اند و كاربرد آنها در حضور تغييرات نيروي عمودي، منجر به شناسايي پارامترهايي مي‌شود كه توجيه فيزيكي ندارند. بدين جهت نوآوري اين تحقيق ارائه مدل بوس‌- ون بهينه‌يافته و تابعيت پارامترهاي مدل و نيروي توليدي برحسب تغييرات نيروي عمودي در آن است. مدل بهينه‌‌يافته جهت‌پيش‌ بيني پاسخ زماني در حالتي‌كه تغييرات نيروي عمودي قابل توجه بوده و استفاده از ساير روش‌ها امكان‌پذير نيست به‌كار مي‌رود. بدليل وجود ضرايب متغير با زمان در معادلات ديناميكي سيستم، تحليل پايداري با استفاده از روش معادله Hill انجام شده است. در ادامه سيستم تعليق و دمپينگ يك جداساز اصطكاكي به عنوان يك نمونه كاربرد صنعتي با عبور طناب پليمري از داخل يك فنر فولادي ساخته شدو تحت آزمون‌هاي استاتيكي و ديناميكي در دامنه‌هاي مختلف تحريك قرار گرفته و پارامترهاي مدل بوس ـ ون بهينه‌يافته با استفاده از الگوريتم ژنتيك با توجه به حلقه‌هاي هيسترزيس نامتقارن شناسايي مي شود. اثر عدم قطعيت‌ها، نويزها، اغتشاشات و خطاهاي آزمايش با بروزرساني پارامترهاي مدل با روش شناسايي آماري بيزين MCMC بررسي گرديد. در انتها نيز جمع‌بندي، نوآوري‌ها و پيشنهادات براي ادامه تحقيق مطرح شده است.

1402/04/27

Modeling of slip phenomenon and identification of sliding force in friction joints

7/1/2024 12:00:00 AM

In this study, a frictional joint located within an elastic structure is modeled using dynamic response. The aim of this thesis to identify model parameters that are able to predict the dynamic behavior of partial slip in the presence of measurement errors during vibration tests. The Bouc-Wen model is used among the various models presented to simulate contact behavior. We selected this model due to its wide range of industrial applications and ability to reproduce many hysteresis diagrams. We investigate nonlinear contact behavior using a two-mode identification method in this project. In order to achieve this aim, two modes must simultaneously contribute significantly to the system response. Internal resonance is one way to achieve this aim. To achieve this, we consider a beam with frictional support and study how its nonlinear behavior varies under different conditions. The friction force on the contact surface is identified and modeled as a fixed and variable normal force. With this approach, nonlinear modes of the structure are approximated by combining the mode shapes of the linear system. A limitation of using contact models is that one cannot record the effects of vertical forces on transverse frictional force because existing models for sliding force are based on the assumption that forward force never changes and their application in the presence of vertical force changes leads to the identification of parameters that have no physical basis. The novelty of this research is the presentation of a modified Bouc-Wen model and the functionality of its parameters with reference to vertical force changes in it. A modified model is used to predict the temporal response when vertical force changes are significant and other methods are ineffective. Because the dynamic equations of the system include time-varying coefficients, stability analysis has been performed using the Hill equation method. As an example of an industrial application, a polymer rope is passed through a steel spring to create the suspension and dumping system of a friction isolator. The model is subjected to both static and dynamic tests in different excitation ranges, and the parameters of the modified Bouc-Wen model are optimized using a genetic algorithm with attention to asymmetric hysteresis loops. MCMC Bayesian stochastic identification method was used to investigate the effects of uncertainties, noise, disturbances, and experimental errors on model parameters. Finally, we present a summary, innovations, and suggestions for further research.

اتصال اصطكاكي , نيروي نرمال متغير , مدل بوس ون بهينه يافته , هيسترزيس نامتقارن , روش معادله هيل , روش شناسايي آماري ام سي ام سي

frictional contact , variable normal force , modified bouc-wen model , Asymmetric hysteresis loop , Hill equation method , Bayesian MCMC stocastic identification method

mehdi maleki

hamid ahmadian