استخراج پاسخ دینامیکی غیرخطی اتصالات فلنجی تحت بارگذاری خمشی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه فردوسی مشهد

2 دانشیار، دانشگاه فردوسی مشهد

3 استادیار، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

اتصالات فلنجی از پرکاربرد ترین نوع اتصال در تجهیزات صنعتی و سازه‌های هوایی هستند. ازاین‌رو مطالعه رفتارهای استاتیکی و دینامیکی آن‌ها از اهمیت زیادی برخوردار است. در این مقاله مدلی شامل دو تیر متصل شده به وسیله اتصال فلنجی تک پیچ مورد مطالعه قرار گرفته است. سپس مدل معادلی شامل فنرهای طولی خطی و پیچشی غیرخطی برای آن در نظر گرفته‌شده است. با نوشتن معادلات تیرها و بکار گیری شرایط مرزی و سازگاری مناسب، معادلات دینامیکی مجموعه به‌دست‌آمده است. با فرض خطی بودن فنرهای معادل، فرکانس‌ها و شکل مودهای خمشی سیستم به ازای مقادیر مختلف سختی اتصال استخراج گردیده است. با به‌کارگیری روش جمع مودها و تخمین مود اول، معادلات مربوطه به معادله یک درجه آزادی با سختی غیرخطی تبدیل می‌شود. به کمک روش برازش منحنی، سختی غیرخطی با چندجمله‌ای معادل جایگزین شده و ضرایب ترم‌های مختلف به‌دست‌آمده است. با استفاده از روش‌های اغتشاشات، معادله غیرخطی به‌دست‌آمده حل‌شده و پاسخ آن در حالت نوسانات آزاد و نوسانات اجباری در مجاورت فرکانس طبیعی پایه و رزونانس‌های سوپرهارمونیک و زیر هارمونیک به‌دست‌آمده است. در بخش نتایج حل عددی معادله دوخطی و معادله شامل چندجمله‌ای معادل با حل تحلیلی تقریبی روش‌های اغتشاشات مقایسه شده است. مطابقت مشاهده شده بین نتایج در این مقایسه نشان از صحت تخمین چندجمله‌ای و حل تحلیلی تقریبی آن دارد. سپس اثر پارامترهای مختلف روی پاسخ فرکانسی بررسی شده است. در پایان مقایسه‌ای بین پاسخ فرکانسی به‌دست‌آمده به روش عددی و پاسخ به‌دست‌آمده از روش چندمقیاسی صورت گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Schwingshackl CW, Di Maio D, Sever I, Green JS (2013) Modeling and validation of the nonlinear dynamic behavior of bolted flange joints. J Eng Gas Turbines Power 135(12): 122504-122504.

[2] Law SS, Wu ZM, Chan SL (2004) Vibration control study of a suspension footbridge using hybrid slotted bolted connection elements. Eng Struct 26(1): 107-116.

[3] Benedetti M, Garofalo G, Zumpano M, Barboni R (2007) On the damping effect due to bolted junctions in space structures subjected to pyro-shock. Acta Astronaut 60(12): 947-956.

[4] Zapico-Valle JL, Abad-Blasco J, González-Martínez MP, Franco-Gimeno JM, García-Diéguez M (2012) Modelling and calibration of a beam-column joint based on modal data. Comput Struct 108-109(0): 31-41.

[5] Rezaee MS, Ghazavi MR, Jafari AA, Najafi A (2012) Stability of a system consisting of three-axis connected through Hooke's joints. Modares Mechanical Eng 12(6): 69-79. (in Persian)

[6] Lavassas I, Nikolaidis G, Zervas P, Efthimiou E, Doudoumis IN, Baniotopoulos CC (2003) Analysis and design of the prototypeof a steel 1-MW wind turbine tower. Eng Struct 25(8): 1097-1106.

[7] Lee SY, Ko KH, Lee J (2000) Analysis of dynamic characteristics of structural joints using stiffness influence coefficients. KSME Int J 14(12): 1319-1327.

[8] Iranzad M, Ahmadian H (2012) Identification of nonlinear bolted lap joint models. Comput Struct 96-97(0): 1-8.

[9] Agatonovic P (1985) Beam model of bolted flanged connections. Eng Comput 2(1): 21-29.

[10] Shi Y, Chan S, Wong Y (1996) Modeling for moment-rotation characteristics for end-plate connections. J Struct Eng 122(11): 1300-1306.

[11] Semke WH, Bibel GD, Gurav SB, Webster AL, Jerath S (2002) Dynamic response of a pipe having bolted flange connection with a gasket. in ASME 2002 Eng. Tech. Conf. on Energy 675-681.

[12] Semke WH, Bibel GD, Jerath S, Gurav SB, Webster AL (2002) A dynamic investigation of piping systems with a bolted flange. in Proceeding of ASME 121-128.

[13] Semke WH, Bibel GD, Jerath S, Gurav SB, Webster AL (2006) Efficient dynamic structural response modelling of bolted flange piping systems. Int J Press Vessels Pip 83(10): 767-776.

[14] Luan Y, Guan ZQ, Cheng GD, Liu S (2012) A simplified nonlinear dynamic model for the analysis of pipe structures with bolted flange joints. J Sound Vib 331(2): 325-344.

[15] Mathan G, Prasad NS (2012) Study of dynamic response of piping system with gasketed flanged joints using finite element analysis. Int J Press Vessels Pip 89(0): 28-32.

[16] Wu Z, Nassar SA, Yang X (2014) Nonlinear deformation behavior of bolted flanges under tensile, torsional, and bending loads. J Pressure Vessel Technol Trans ASME 136(6): 061201-061201.

[17] Ahmadian H, Jalali H (2007) Identification of bolted lap joints parameters in assembled structures. Mech Syst Signal Process 21(2): 1041-1050.

[18] Jalali H, Ahmadian H, Mottershead JE (2007), Identification of nonlinear bolted lap-joint parameters by force-state mappin. Int J Solids Struct 44(25-26): 8087-8105.

[19] Meisami F, Moavenian M, Afshadfard A, Pishbin SI (2016) analytical and experimental investigation for nonlinear behavior of flange joints under axial and lateral loading. Journal of Solid and Fluid Mechanics 6(3): 43-54. (in Persian)

[20] Peng ZK, Lang ZQ, Billings SA, Lu Y (2007) Analysis of bilinear oscillators under harmonic loading using nonlinear output frequency response functions. Int J Mech Sci 49(11): 1213-1225.