研究改进的阻尼有节的悬臂梁使用有限元法

莫汉蒂司令部¹莫汉蒂,Rajendra库马尔²,南达的手段³

机械工程系副教授,百夫长理工大学管理jatni - 752050印度奥里萨邦
研究学者、机械工程系、百夫长理工大学管理jatni - 752050印度奥里萨邦
教授、副校长转向苏伦德拉赛科技大学捉弄- 768018,印度奥里萨邦

文摘

组合结构的阻尼产生的能量耗散由于micro-slip沿着摩擦界面。问题的分析进行了使用有限元方法(FEM)。有限元模型的线性弹性系统制定使用Euler-Bernoulli梁理论探讨阻尼现象铆接连接。离散单元系统有两个自由度的每个节点代表v和我¶vi¶x已被用于分析。解决方案考虑一维梁与两个节点组成的每一个元素有两个自由度,即横向位移和旋转在每个节点。广义刚度和质量矩阵的元素派生。广泛的实验进行了验证分析。从这项研究中,建立了阻尼容量增加和固有频率降低由于关节的影响。

关键字

形状函数;刚度矩阵;接口的压力;micro-slip;阻尼能力。

介绍

通常,伪造或组合结构具有低阻尼材料可以充分补偿通过加入合适的关节构造相同。的贡献由于关节阻尼等动态条件下结构很大程度上取决于它的行为。格罗珀[1]和Menq et al。[2]表明,关节通常表现出两种类型的运动;micro-slip macro-slip。micro-slip通常发生在小联系成员之间的相对位移,导致能量损失关节引起的阻尼结构。雷竞技网页版胡子[3]进行了一系列的实验在关节阻尼控制结构的振动,建立了关节的阻尼材料阻尼相比要大得多,存在一个最佳夹紧力的能量耗散是最大的。Shin et al。[4]表明,阻尼效应可以忽略时,关节很紧。他们进一步确定固有频率增加和阻尼容量减少关节的放松。Damisa等。[5]研究了非均匀界面压力分布的影响为分层梁滑动阻尼机制。然而,他们的分析仅限于静态加载和线性压力分布图。 Further, Olunloyo et al. [6] have also studied the damping mechanism with polynomial and hyperbolic forms of interfacial pressure distribution.

许多边界和初始值结构工程问题解决与有限元方法(FEM)的应用。然而,在阻尼分析中的应用是相对近期的事。高卢和楞次[7]曾在细节上不同的滑移机制研究的有限元模型组装结构的动态响应将微和macro-slip几个螺栓/铆接接头。陈和邓小平[8]提出了有限元法的非线性阻尼行为的理解与描述结构的关节。Hartwigsen等。[9]发现螺栓接合界面的接触面积使用有限元分析和他们进一步雷竞技网页版进行实验验证。塞恩斯伯里和张[10]使用有限元分析通过伽辽金元法(GEM)研究阻尼夹层梁结构的动态分析。李等。[11]使用连接梁的有限元模型获得自然的固有频率和振型。奥德菲尔德等。[12]调查了使用动态组装结构的阻尼摩擦接触分析简谐载荷作用下的有限元分析。雷竞技网页版

虽然很多分析,计算和实验工作已经进行了一些研究人员最近在螺栓结构的阻尼,但没有实质性工作报告至今铆接结构的阻尼能力。因此,尝试在目前的调查,分析了阻尼机制组装结构用有限元模型和研究各种参数对阻尼的影响分层,有节的悬臂梁的厚度比为1.5。此外,有限元模型分析与实验验证。

有限元法被广泛用于解决许多边界和初始值阻尼分析工程问题及其应用已被许多研究人员研究[1 - 4]。在许多作者所做的工作、南达和Behera[5]研究了阻尼层和连接螺栓结构使用传统能源的方法。然而,一个非常小的工作量一直在报道至今铆接接头的阻尼特性。进一步,螺栓和铆钉关节表现出不同的阻尼行为,因为不同的界面压力分布特征和类似的动态条件下影响区。有限元方法提出了基于能量耗散机制调查贴合和铆接结构的阻尼。

有限元公式

标准离散梁单元与每一个建模使用两个节点组成的两个自由度(平移和旋转),如图1所示。假设每一层都有相同的横向位移和旋转在任何部分,eth元素内的变形v (x, t)是使用标准立方形状函数近似S (x);

一个原理图的实验装置进行实验图3所示。最初,杨氏弹性模量(E)被发现从一个示例固体梁试样静态弯曲挠度测试发现及其平均值196.8绩点。低碳钢的标本准备公寓使用电力驱动的铆钉如表1所示。连续铆钉之间的距离,宽度和长度的标本按区域的影响是多种多样的。测试安装标本后进行严格的支持。数字存储示波器,加上传感器记录的振幅和频率振动。对数衰减已经发现使用表达式δln = a1的1 / n (n), a1, + 1, n是第一个周期的振幅,最后分别周期和周期数。平均价值已经被重复每个测试至少减小实验误差的五倍。

能量耗散主要取决于运动摩擦系数(μ)和动态滑差系数(α)接口。这两个参数在动态条件下表现出复杂的行为。此外,他们是相互依赖、逆相关。然而,他们的产品(α.μ)频率和振幅依赖建立为一个特定的常量试样无论任何表面状况。为了验证这一点,许多连接梁具有不同表面粗糙度的接口测试和对数衰减发现几乎是一样的。因此,这个产品已经从对数衰减的实验结果确定在一个特定的铆钉直径用情商。(11)与频率和振幅的变化提出了图4所示。这些值随后被用来发现阻尼对其他直径用情商。(10)。

讨论的结果

有限元方法是一种有效的连接结构的动态分析的工具。直接形成界面滑动阻尼的阻尼矩阵是非常困难的,一个替代能源的方法被用来推导出阻尼在情商。(10)。在这方面,动态滑动的表情,输入应变能和能量损失在连接梁的配方使用刚度矩阵,形状函数和位移矢量。

实验进行的标本获得相对应的对数衰减10毫米直径的铆钉。从这些结果,产品“α。μ”对应于每个值的对数衰减计算使用Eq。(11)。此外,标本的对数衰减与不同的铆钉直径发现数值使用Eq。(10)。故事情节在无花果。5和6给对比结果都很最大变异的2.3%。实验结果的高价值是由于阻尼材料和支持一直被忽视的理论分析。以下参数对阻尼的影响如下解释:

铆钉直径的影响:使用大直径的铆钉增加法向力和能量耗散的接口。此外,铆钉的刚度增加直径引入更多输入应变能明显从情商。(7),但由于摩擦发生在更高的能量耗散率与输入应变能,从而增加了对数衰减如图5所示。

效果层数:-使用更多的层数相同的整体梁厚度伴随着更多的摩擦表面产生更高的能量损失。然而,刚度以及应变能降低随着层数的增加,从而增加了对数衰减如无花果。5和6所示。

试样长度的影响:刚度却降低了试样长度的增加,从而减少输入到系统应变能明显从情商。(7)。此外,标本需要更多数量的铆钉的时间越长,从而增加整体动态滑动和能量损失的接口。这进一步增强了对数衰减明显从图6和图7。

结论

考虑一维梁元素,有限元程序基于能源的方法是枚举在目前的分析。获得的结果建立一个大幅增加的阻尼能力可以通过使用铆钉大直径与更多的层数和悬臂长度。飞机和航空航天结构、桥梁、框架、机,机床、汽车等可以有效地设计这一概念来最大化他们的阻尼能力。

命名法

D =全球位移矢量

2 h =每一层的厚度悬臂标本

I =连接梁截面的截面惯性矩

全球刚度矩阵K =

l =单个元素的长度

L =免费分层和连接梁的长度

S =形状函数矩阵

d e =节点位移向量的一个元素

k e =元素刚度矩阵

v1、v2 =横向位移节点的一个元素

θ1θ2 =斜率节点的一个元素

引用

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