تجزیه و تحلیل ارزش ویژه یک میل لنگ

تجزیه و تحلیل ارزش ویژه یک میل لنگ

PDF

تجزیه و تحلیل ارزش ویژه یک میل لنگ
معرفی
این نرم افزار تجزیه و تحلیل مودال یک میل لنگ را توصیف می کند. حرکت رفت و برگشتی پیستون ها از طریق میله های اتصال به وسیله پرتاب میل لنگ به میل لنگ منتقل می شود. نیروها، گشتاورها و گشتاورهای خمشی که هم از نظر زمان و هم از نظر مکان بسیار متغیر هستند، میل لنگ را تحت بارگذاری بسیار زیاد و پیچیده ای قرار می دهند. بنابراین طراحی میل لنگ باید محاسبات دقیق و دقیق مشخصات ارتعاشی را در خود داشته باشد.
تعریف مدل
هندسه
هندسه از یک مش NASTRAN می آید که آن را به دسکتاپ COMSOL وارد می کنید.
شکل 1: مش NASTRAN.
خواص مواد و شرایط مرزی
هندسه میل لنگ بر حسب میلی متر است. میل لنگ از فولاد ساختاری ساخته شده است. شرایط مرزی به شرح زیر است:
سطوح اصلی یاتاقان میل لنگ از حرکت در جهت های معمولی محدود می شود. یعنی میل لنگ اجازه چرخش و لغزش در سطوح بلبرینگ را دارد.
میل لنگ در سطح عقبی که فلایویل نصب شده است ثابت می شود.
تمام مرزهای دیگر آزاد هستند.
نتایج
تجزیه و تحلیل کمترین شش فرکانس ویژه را ارائه می دهد. اولین حالت ویژه در شکل 2 نشان داده شده است . فرکانس ویژه تقریباً 1/467 هرتز دارد  و شکل حالت ترکیبی از حرکت محوری و پیچشی را نشان می‌دهد که محوری غالب است. توجه داشته باشید که راه حل حالت ویژه مقیاس بندی شده است، به طوری که حداکثر مقدار نشان داده شده در نمودار، بزرگی واقعی ارتعاش مربوطه را منعکس نمی کند. نوع مقیاس‌بندی مورد استفاده را می‌توان تحت تنظیم برای حل‌کننده مقدار ویژه تغییر داد.
شکل 2: اولین حالت محوری در میل لنگ.
دومین حالت ویژه با شکل مشخص دارای فرکانس ویژه در 5 12.8  هرتز است. همچنین برهم نهی حرکت پیچشی و محوری است. اما بر خلاف مورد اول، در این مورد پیچش بر شکل 3 غالب است .
شکل 3: حالت پیچشی پرتاب میل لنگ.
سایر حالت های بالاتر نیز رفتار مشابهی را نشان می دهند. چنین شکل‌هایی به دلیل ماهیت محدودیت‌های ناشی از یاتاقان‌های اصلی ایجاد می‌شوند که امکان لغزش و پیچش محوری خاصی را فراهم می‌کنند اما از هر گونه خمش قابل توجه شفت جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، پیچش به معنای گسترش یا انقباض در جهت محوری است، به طوری که حالت ها به صورت برهم نهی حرکت محوری و پیچشی ظاهر می شوند.
مسیر کتابخانه برنامه: COMSOL_Multiphysics/Structural_Mechanics/shaft
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Model  Wizard کلیک کنید .
مدل جادوگر
1
در پنجره Model  Wizard ، روی  3D کلیک کنید .
2
در درخت Select  Physics ، Structural  Mechanics>Solid  Mechanics  (جامد) را انتخاب کنید .
3
روی افزودن کلیک کنید .
4
 روی مطالعه کلیک کنید .
5
در درخت انتخاب  مطالعه ، General  Studies>Eigenfrequency را انتخاب کنید .
6
 روی Done کلیک کنید .
هندسه 1
یک فایل مش NASTRAN را در زیر گره مش وارد کنید که مش و همچنین دامنه ها، مرزها و غیره مدل را فراهم می کند. قبل از وارد کردن فایل، mm را به عنوان واحد طول انتخاب کنید تا اندازه صحیح هندسه را بدست آورید.
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Geometry  1 کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید .
3
از لیست واحد طول  ، میلی متر را انتخاب کنید .
مش 1
واردات 1
1
در نوار ابزار Mesh ، روی  Import کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید .
3
از فهرست منبع ، فایل NASTRAN  را انتخاب کنید .
4
از لیست Data  to  import ، فقط  مش را انتخاب کنید .
5
 روی Browse کلیک کنید .
6
به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل crankshaft.nas دوبار کلیک کنید .
7
 روی Import کلیک کنید .
8
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
مواد
حال، خواص مواد را با استفاده از فولاد ساختاری از مواد ساخته شده تعریف کنید.
مواد را اضافه کنید
1
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material باز شود .
2
به پنجره Add  Material بروید .
3
در درخت، Built-in>Structural  steel را انتخاب کنید .
4
روی Add  to  Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید .
5
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Material کلیک کنید تا پنجره Add  Material بسته شود .
مکانیک جامدات (جامدات)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1) روی Solid  Mechanics  (solid) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Solid  Mechanics ، برای گسترش بخش Discretization کلیک کنید .
ترتیب عنصر را به 1 تغییر دهید تا با مش NASTRAN مطابقت داشته باشد.
3
از لیست فیلد Displacement  ، خطی را انتخاب کنید .
یک سیستم مختصات استوانه ای را برای استفاده در هنگام تجویز محدودیت ها اضافه کنید.
تعاریف
سیستم استوانه ای 2 (sys2)
1
در نوار ابزار تعاریف ، روی  Coordinate  Systems کلیک کنید و سیستم استوانه ای  را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای سیستم استوانه ای  ، قسمت تنظیمات را پیدا کنید .
3
زیر بخش Longitudinal  axis را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
ایکس
Y
Z
0
1
0
مکانیک جامدات (جامدات)
جابجایی تجویز شده 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Prescribed  Displacement را انتخاب کنید .
2
فقط مرزهای 65، 67، 69، 71، 73، 75، 77، 112 و 113 را انتخاب کنید.
3
در پنجره تنظیمات برای جابجایی تجویز شده  ، قسمت انتخاب سیستم مختصات را پیدا کنید .
4
از لیست سیستم مختصات  ، سیستم استوانه ای (sys2) را انتخاب کنید .
5
بخش جابجایی تجویز شده  را پیدا کنید . کادر بررسی شده در جهت r را انتخاب کنید .
این تنظیمات حرکات جهت عادی سطوح اصلی یاتاقان را محدود می کند.
محدودیت ثابت 1
1
در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Fixed  Constraint را انتخاب کنید .
2
فقط مرز 24 را انتخاب کنید.
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید .
نتایج
شکل حالت (جامد)
نمودار پیش فرض بزرگی جابجایی و شکل تغییر شکل یافته برای حالت اول در میل لنگ را نشان می دهد. برای تجسم بهتر نوع حالت، نمودار فلش جابجایی را اضافه کنید.
سطح پیکان 1
1
روی Mode  Shape  (محکم) کلیک راست کرده و Arrow  Surface را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Arrow  Surface ، بخش Coloring  and  Style را پیدا کنید .
3
چک باکس Scale  factor را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 7e4 را تایپ کنید .
4
در نوار ابزار Mode Shape (solid) ، روی  Plot کلیک کنید .
5
 روی دکمه Go  to  Default  View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
نمودار حاصل باید مشابه آنچه در شکل 2 نشان داده شده است باشد . حالت ترکیبی از حرکت محوری و پیچشی را ارائه می دهد، اما حالت محوری غالب است.
برای دریافت نموداری که حالت ویژه دوم را نشان می دهد، مراحل زیر را دنبال کنید:
شکل حالت (جامد)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Mode  Shape  (solid) کلیک کنید .
2
در پنجره Settings for 3D  Plot  Group ، بخش Data را پیدا کنید .
3
از لیست فرکانس ویژه  (Hz) 482.68 را انتخاب کنید .
4
در نوار ابزار Mode Shape (solid) ، روی  Plot کلیک کنید .
نمودار حاصل باید شبیه به آنچه در شکل 3 نشان داده شده است به نظر برسد . نشان می دهد که حالت دوم نیز برهم نهی حرکت پیچشی و محوری است. در این حالت پیچش غالب است.