مطالعه رفتار ارتعاشی یک روتور با استفاده از مدل 8 درجه آزادی جفکات و مقایسه با آزمون تجربی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، تهران

2 دانشیار، دانشگاه شهید بهشتی، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، تهران

چکیده

حل تحلیلی، عددی و تجربی محورهای دوار در مراحل طراحی، ساخت و عملیات، به منظور جلوگیری از وقوع پدیده تشدید از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشد. در این پژوهش، تحلیل عددی و تجربی یک سیستم روتور با استفاده از مدل هشت درجه آزادی جفکات مورد مطالعه قرار می‌گیرد. استخراج معادلات حاکم بر سیستم با در نظر گرفتن اثرات ژیروسکوپی و جرم یاتاقان ها، با استفاده از روش لاگرانژ انجام می‌شود. بدین منظور، پس از معرفی یک مدل برای سیستم، عبارت های انرژی کرنشی، جنبشی و اتلافی با توجه به شرایط مرزی بدست می‌آیند. سپس با جایگذاری پارامترهای سیستم، فرکانس‌های طبیعی و نمودار کمپبل به منظور پیش بینی سرعت های بحرانی استخراج می‌شود. اعتبار سنجی مدل ارائه شده به وسیله مقایسه با نتایج حل المان محدود (انسیس)، و نتایج تجربی صورت گرفته است. پس از آن، تاثیر پارامتر موقعیت قرارگیری دیسک نسبت به یاتاقان اول بر فرکانس‌های طبیعی سیستم بررسی شده است. در انتها نمودار پاسخ فرکانسی سیستم تحت نابالانسی جرمی در فواصل مختلف نابالانسی ارائه شده و تاثیر پارامتر موقعیت قرارگیری دیسک بر روی آن بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد تغییرات فاصله نابالانسی و موقعیت قرارگیری دیسک، فرکانس و قله تشدید سیستم را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Y.J. Chiu and D.Z. Chen, "The coupled vibration in a rotating multi-disk rotor system," International Journal of Mechanical Sciences, vol. 53, no. 1, pp. 1-10, 2011. doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2010.10.001.
 
[2] M. Khatibi, M. Ashory, A. Malekjafarian, and R. Brincker, "Mass–stiffness change method for scaling of operational mode shapes," Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 26, pp. 34-59, 2012. doi.org/10.1016/j.ymssp.2011.07.012.
 
[3] Y. Lu, Y. Zhang, X. Shi, W. Wang, and L. Yu, "Nonlinear dynamic analysis of a rotor system with fixed-tilting-pad self-acting gas-lubricated bearings support," Nonlinear Dynamics, vol. 69, pp. 877-890, 2012. doi.org/10.1007/s11071-011-0310-1.
 
[4] D.D. Quinn, "Resonant dynamics in a rotordynamic system with nonlinear inertial coupling and shaft anisotropy," Nonlinear Dynamics, vol. 57, pp. 623-633, 2009. doi.org/10.1007/s11071-009-9502-3.
 
[5] H. Yabuno, T. Kashimura, T. Inoue, and Y. Ishida, "Nonlinear normal modes and primary resonance of horizontally supported Jeffcott rotor," Nonlinear Dynamics, vol. 66, no. 3, pp. 377-387, 2011. doi.org/10.1007/s11071-011-0011-9.
 [6]          F. Georgiades, "Nonlinear dynamics of a spinning shaft with non-constant rotating speed," Nonlinear Dynamics, vol. 93, no. 1, pp. 89-118, 2018. doi.org/10.1007/s11071-017-3888-0.
 
[7] A. Mahmoudi, S. Hosseini, and M. Zamanian, "Nonstationary analysis of nonlinear rotating shafts passing through critical speed excited by a nonideal energy source," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 232, no. 4, pp. 572-584, 2018. doi.org/10.1177/0954406216684364.
 
[8] N. Wang and D. Jiang, "Vibration response characteristics of a dual-rotor with unbalance-misalignment coupling faults: Theoretical analysis and experimental study," Mechanism and Machine Theory, vol. 125, pp. 207-219, 2018. doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2018.03.009.
 
[9] H. Wang and J. Gong, "Dynamic analysis of coupling misalignment and unbalance coupled faults," Journal of Low Frequency Noise, Vibration and Active Control, vol. 38, no. 2, pp. 363-376, 2019. doi.org/10.1177/1461348418821582.
 
[10]         M. Roknabadi, p. Amirzadegan, F. Mehralian, R. A. Dehghani Firouzabadi, M. A. Kochzadeh, and M. R. Mousavi, "Investigation of high-order nonlinear rotor vibrations with an ideal source under non-steady working conditions," presented at the 29th annual international conference of the Iranian Society of Mechanical Engineers and the 8th conference of the thermal power plant industry, 1400. https://civilica.com/doc/1238500. [In Persian].
 
[11]         H. Jamshidi, A. A. Jafari, and N. Mohammadi, "Nonlinear analysis of asymmetric rotor vibrations with misaligned coupling using Timoshenko beam model," 1400. https://civilica.com/doc/1282198.[In Persian].
 
[12]         P. Amirzadegan, M. Roknabadi, and R. A. Dehghani Firouzabadi, "Investigation of nonlinear vibrations of a flexible rotor when passing through the critical speeds of rigid and bending modes," presented at the 29th annual international conference of the Iranian Mechanical Engineers Association and the 8th conference of the thermal power plant industry, 1400. https://civilica.com/doc/1238214. [In Persian] .
 
 [13]        W. Cruz, N. Arzola, and O. Araque, "Modeling and experimental validation of the vibration in an unbalance multi-stage rotor," Journal of Mechanical Engineering and Sciences, vol. 13, no. 3, pp. 5703-5716, 2019. doi.org/10.15282/jmes.13.3.2019.30.0456.
 
[14]         J. Kim, J.-G. Hong, and J. Chung, "Nonlinear dynamic modeling and response analysis of a rotor–blade system with whirling motion," Nonlinear Dynamics, vol. 98, no. 2, pp. 953-970, 2019. doi.org/10.1007/s11071-019-05238-5.
 
[15]         A. I. Eisa, L. Shusen, and W. M. Helal, "Study on the lateral and torsional vibration of single rotor-system using an integrated multi-body dynamics and finite element analysis," Advances in Mechanical Engineering, vol. 12, no. 10, p. 1687814020968336, 2020. doi.org/10.1177/1687814020968336.
 
[16]         A. Alsaleh, H. M. Sedighi, and H. M. Ouakad, "Experimental and theoretical investigations of the lateral vibrations of an unbalanced Jeffcott rotor," Frontiers of Structural and Civil Engineering, vol. 14, pp. 1024-1032, 2020. doi.org/10.1007/s11709-020-0647-y.
 
[17]         Z. Jia, Y. Yang, Q. Zheng, and W. Deng, "Dynamic analysis of Jeffcott rotor under uncertainty based on Chebyshev convex method," Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 167, p. 108603, 2022. doi.org/10.1016/j.ymssp.2021.108603.
 
[18]         Y. Wei, X. Ran, T. Sun, S. Liu, H. Zhang, and D. Zhao, "Dynamic characteristics analysis of a vertical Jeffcott rotor-brush seal system," Journal of the Chinese Institute of Engineers, vol. 45, no. 3, pp. 245-254, 2022.doi.org/10.1080/02533839.2022.2034049.
 
[19]         M. Rokn-Abadi, S. Amirzadegan, R. Firouzabadi, and M. A. Kouchakzadeh, "Nonlinear modeling of a misaligned rotor under non-stationary operating conditions," Journal of Vibration and Control, p.10775463231174269, 2023. doi.org/10.1177/10775463231174269.
 
[20]         M. L. Adams, Rotating machinery vibration: from analysis to troubleshooting. CRC Press, 2009.