30603

حذف ارتعاشات محلي در ورق¬هاي مورد استفاده در كف واگن با استفاده از نوارهاي آگزتيك

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي راه‌آهن- ماشين‌هاي ريلي

1396

1402/11/24

داود يونسيان

مهندسي راه‌آهن

رشد و توسعه وسايل حمل و نقل ريلي در سال‌هاي اخير به همراه افزايش سرعت ناوگان و افزايش ظرفيت خطوط، صنعت حمل و نقل ريلي را به سمت يكي از پركاربردترين صنايع حمل و نقل سوق داده است. اما اين افزايش سرعت و ظرفيت مسئله نويز و ارتعاشات داخلي قطار را پررنگ‌تر كرده است. از طرفي، كاهش وزن و استفاده از اجزاي سبك‌تر در قطار مسئله كاهش ارتعاشات را پر چالش تر كرده است. امروزه مسئله ارتعاشات داخلي قطار و به خصوص ارتعاشات ورق‌هاي به كار رفته در بدنه واگن قطار به عنوان يكي از منابع غالب نويز و ارتعاشات مورد توجه است كه عليرغم روش‌هاي مختلف كاهشي، هنوز هم موضوع تحقيق در پروژه‌هاي مختلف مي‌باشد. در اين رساله، به كار گيري ساختارهاي آگزتيك در صفحات دو بعدي با هدف كنترل و كاهش ارتعاشات مورد توجه است. تغيير هندسه در اين ساختارهاي سلولي آگزتيك باعث ايجاد پديده‌اي به نام "باند توقف" مي‌شود كه اين باند توقف در واقع يك محدوده فركانسي است كه انتشار ارتعاشات در اين محدوده امكان پذير نيست. اين ساختارهاي سلولي با ويژگي باند توقف كه به منظور كنترل و كاهش امواج ارتعاشي در محيط هاي الاستيك استفاده مي‌شوند با نام ساختارهاي "كريستالي فونونيك" نيز شناخته مي‌شوند كه دسته اي از فرامواد مي‌باشند. اين ساختارها يك گزينه مناسب به منظور جلوگيري از انتشار ارتعاشات در صفحات دو بعدي هستند و قادرند انتشار امواج ارتعاشي كه به صورت محلي به سازه وارد مي‌شوند را متوقف كنند. در اين رساله ويژگي‌هاي پراكندگي موج الاستيك براي ساختارهاي فونونيك جديد به صورت عددي و تجربي مورد بررسي قرار گرفته است. در ابتدا بر اساس قضيه بلوخ براي ساختارهاي سلولي نامتناهي، مسئله مقادير ويژه براي سلول واحد از طريق روش المان محدود حل مي‌شود. در اينجا انواع سلول‌هاي واحد جديد طراحي شده‌اند كه در طراحي آن‌ها از شكل صليب مالتي ، شكل ستاره و شكل هگزاگونال الهام گرفته شده‌اند. در ابتدا ويژگي‌هاي باند توقف براي سلول واحد جديد بررسي شده و تأثير اتصالات جانبي كه محل ورود موج ارتعاشي به سلول واحد مي‌باشد، بررسي شده است. مشاهده شده است كه اين سلول‌هاي واحد جديد قادر به ارائه بيش از 200٪ درصد باند توقف ارتعاشي در محدوده فركانسي 0-12 كيلوهرتز هستند. همچنين بررسي باند توقف با استفاده از تئوري بلوخ براي سلول با شكل ستاره-هگزاگونال انجام گرفته است. سپس بهينه‌سازي با استفاده از الگوريتم ژنتيك و روش المان محدود انجام گرفته است. پارامترهاي سلول واحد با توجه به توابع هدف مختلف در محدوده فركانس پايين زير 2 كيلوهرتز بهينه گرديده‌اند. وسيع‌ترين و حداكثر مجموع فاصله‌هاي باند براي حالت‌هاي درون صفحه و خارج از صفحه به عنوان توابع هدف بهينه‌سازي انتخاب شده‌اند. براي حالت انتشار امواج درون صفحه، مجموع فاصله باند تقريباً 1681 هرتز و عرض باند فركانس وسيع 635 هرتز به دست آمده است. در مرحله بعد از سلول‌هاي واحد براي ساختن يك صفحه فونونيك، براي فيلتر كردن انتشار موج دو بعدي در صفحه استفاده شده است. فيلتر كردن انتشار امواج به صورت عددي و تجربي انجام گرفته است. صفحه و بخش سلولي آن با روش اجزاي محدود شبيه‌سازي شده و از طريق فرآيند برش ليزري ساخته مي‌شوند. تحليل فركانس بر روي مدل‌هاي عددي و تجربي انجام شده و نتايج با باند توقف‌هاي به‌دست‌آمده از قضيه متناوب بلوخ مقايسه مي‌شوند كه تطابق خوبي بين نتايج تجربي و عددي به دست آمده است. مشاهده شده است كه اين سازه‌ها داراي قابليت عملكرد مناسبي براي كاهش ارتعاشات فركانس پايين در فركانس‌هاي مشخص‌شده هستند و مي‌توانند به‌طور قابل ملاحظه‌اي انتشار امواج الاستيك را كاهش دهند. رساله حاضر كاربرد عملي كريستال‌هاي فونونيك جديد را به عنوان يك ابزار براي فيلتر فركانسي انتشار امواج ارتعاشي ارائه مي‌كند كه مي‌توان مكان باند¬هاي توقف را با هندسه سلول‌هاي واحد تنظيم كرد.

1402/12/22

Application of Auxetic Bands in Local Vibration Mitigation for the Plates used in Coach Floor

1/1/1900 12:00:00 AM

Exceptional properties of emerging of unconventional metamaterials including phononic/sonic crystals such as bandgap frequency have made them pertinent in various applications. In this paper, a novel single-phase optimized unit cell is proposed via genetic algorithm interfaced with the FE method. The unit cell parameters are fine-tuned according to two different objective functions over the low-frequency range of 2[Formula: see text]kHz to achieve the widest and maximum bandgaps summation for the in-plane and out-of-plane modes. For the in-plane propagation, almost 1681[Formula: see text]Hz bandgaps summation and a wide 635[Formula: see text]Hz frequency bandgap are obtained. Besides, there have been 1311[Formula: see text]Hz and 368[Formula: see text]Hz bandgap for the other case. Then, the meta-plates acquired through the investigations with finite arrangements are computed numerically and experimentally to mitigate longitudinal and bending wave propagation. It is found that the structures have high-performance capability to suppress the low-frequency vibrations inside the specified area and can substantially attenuate the propagation of elastic waves.

ابر مواد مشبك , باند توقف فركانسي

phononic , Band Gap

Mohammad farid Khan Sanami

Dr. Yoonesian