مقایسه‌ی عملکرد الاستومرهای الکترو/مگنتورئولوژیک در میراسازی ارتعاشات روتورهای دوار

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

3 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

هدف از این مقاله، بررسیِ کاربرد میراگرهای الاستومری هوشمند مغناطیسی (MRE) یا الکتریکی (ERE) در کاهش میزان ارتعاشات و گسترش ناحیه پایداری سیستم‌های دوار است. در این راستا، از روش المان محدود بر پایه‌ی تئوری تیر رایلی برای مدل‌کردن محور با میراگرهای ERE/MRE استفاده شده است. در مدل‌سازی اجزا محدود، اینرسی دورانی، اثرات ژیروسکوپی و میرایی داخلی محور، لحاظ گردیده است. در شبیه‌سازی، ضرایب سفتی و میراییِ الاستومرهای ERE/MRE، تابعی از میدان مغناطیسی/الکتریکی لحاظ شده‌است. نتایج مدل‌سازی نشان می‌دهد که استفاده از الاستومرهای ERE/MRE باعث کم‌شدن سرعت بحرانی و کاهش دامنه ارتعاشات می‌شود و سرعت حدی پایداری سیستم بهبود می‌یابد. همچنین، نتایج حاکی از آن است که استفاده از الاستومرهای MR در مقایسه با الاستومرهای ER، تاثیر بیشتری در میراسازی ارتعاشات و گسترش ناحیه‌ی پایداری سیستم دارند. در نهایت، به‌منظور گسترش ناحیه پایداری سیستم دوار به سرعت‌های دورانی بالاتر، از یک استراتژی کنترلی روشن-خاموش ساده استفاده شده است. طرح جدید می‌تواند برای بهینه‌سازی سطح ارتعاش و گسترش ناحیه پایداری سیستم‌های دوار کارآیی موثری داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Yalcintas M, Dai H (1999) Magneto rheological and electro rheological materials in adaptive structures and their performance comparison. Smart Mater Struct 8: 560-573.

[2] Gawade SS, Jadhav AA (2012) A review on electro rheological (ER) fluids and its applications. Int J Eng Tech 1: 1-7.

[3] Stanway R, Sproston JL, El-Wahed AK (1996) Applications of electro-rheological fluids in vibration control: a survey. Smart Mater Struct 5: 464-482.

[4] Nikolajsen JL, Hoque MS (1990) An electro viscous damper for rotor applications. J Vib Acoust 112: 440-443.

[5] Yao Z, Meng G (1999) Vibration control of a rotor system by disk type electro rheological damper. Sound Vib 219: 175-188.

[6] Bauer J, Daniel GB (2011) Modeling and testing of an ERF vibration damper For Light Rotors with large amplitudes. 21st International Congress of Mechanical Engineering, October 24-28, Natal, Brazil.

[7] Lim S, Park S, Kim K (2005) AI vibration control of high-speed rotor systems using electro rheological fluid. Sound Vib 284: 685-703.

[8] Dimarogonas AD, Kollias A (1992) Electro-rheological fluid controlled Smart Journal Bearings. STLE Tribol T 35: 611-618.

[9] Guozhi Y, Fah YF, Guang M (2000) Electro-rheological multi-layer squeeze film damper and its application to vibration control of rotor system. J Vib Acoust 122: 7-11.

[10] Morishita S, Mitsui Y (1992) Controllable squeeze film damper an application of electro-rheological fluid. J Vib Acoust 114: 354-357.

[11] Tichy JA (1993) Behavior of a squeeze film damper with an electro-rheological fluid. STLE Tribol T 36: 127-133.

[12] Loumpasefski O, Tzifas I, Nikolakopoulos PG, Papadopoulos CA (2017) Dynamic analysis of rotor-bearing systems lubricated with electro rheological fluids. P I Mech Eng K-J Mul 232: 153-168.

[13] Zhu C (2001) Dynamics of a rotor supported on magneto-rheological fluid squeeze film damper. Chinese J Aeronaut 14: 7-12.

[14] Wang J, Meng G (2005) Study of vibration control of a rotor system using a magneto rheological fluid damper. J Vib Control 11: 263-276.

[15] Wang J, Meng G, Feng N, Hahn EJ (2005) Dynamic performance and control of squeeze mode MR fluid damper-rotor system. Smart Mater Struct 14: 529-539.

[16] Ghasemi AH, Ohadi AR, Ghaffari MH (2008) Vibration control of a rotor-bearing system with smart bearing using magneto rheological fluids. 15th International Congress on Sound and Vibration, Daejeon, Korea.

[17] Irannejad M, Ohadi A (2017) Vibration analysis of a rotor supported on magneto rheological squeeze film damper with short bearing approximation: A contrast between short and long bearing approximations. J Vib Control 23: 1792-1808.

[18] Zapoměl J, Ferfecki P, Kozánek J (2017) Modelling of magneto rheological squeeze film dampers for vibration suppression of rigid rotors. Mech Sci 127: 191-197.

[19] Wei K, Bai Q, Meng G, Ye L (2.11) Vibration characteristics of electro rheological elastomer sandwich beams. Smart Mater Struct 20: 055012 (8pp).

[20] Zhou GY, Wang Q (2005) Magneto rheological elastomer-based smart sandwich beams with nonconductive skins. Smart Mater Struct 14: 1001-1009.

[21] Ladipo IL, Fadly JD, Faris WF (2016) Characterization of magneto rheological elastomer (MRE) engine mounts. Mater Today-Proc 3: 411-418.

[22] Behrooz M, Wang X, Gordaninejad F (2014) Modeling of a new semi-active/passive magneto rheological elastomer isolator. Smart Mater Struct 23: 045013 (7pp).

[23] Gao L, Zhao X (2007) Mechanical and electrical properties of hydrous electro rheological elastomers based on gelatin/glycerin/water hybrid. J Appl Polym Sci 104: 1738-1743.

[24] Yu M, Xing Z, Zheng X, Fu J, Choi SB (2015) Experimental investigation on the field-dependent properties of magneto rheological elastomer       with circular honeycomb holes. Smart Mater Struct 1: 1-5.

[25] Li WH, Zhou Y, Tian TF (2010) Viscoelastic properties of MR elastomers under harmonic loading. Rheol Acta 49: 733-740.

[26] Zhu G, Liu X (1996) Theory of viscoelasticity. 1st edn. The Press of the University of Science and Technology of China, Hefei.

[27] Liebich R, Scholz A, Wieschalla M (2012) Rotors supported by elastomer ring dampings:  Experimental and numerical investigations. 10th International Conference on Vibrations in Rotating Machinery, London.

[28] Alexander B (2005) Elastomer rings for vibration suppression in rotor dynamics: Theory, measurements and optimized design. Technische Universität Berlin.

[29] Zorzi ES, Nelson HD (1977) Finite element simulation of rotor-bearing systems with internal damping. J Eng Power-T ASME 99: 71-76.

[30] Han Q, Chu F (2015) Parametric instability of flexible rotor-bearing system under time-periodic base angular motions. Appl Math Model 39: 4511-4522.

[31] Das AS, Dutt JK, Ray K (2010) Active vibration control of unbalanced flexible rotor–shaft systems parametrically excited due to base motion. Appl Math Model 34: 2353-2369.

[32] Ozgiiven HN, Ozkan ZL (1984) Whirl speeds and unbalance response of multi bearing rotors using finite elements. J Vib Acoust 106: 72-79.

[33] Friswell M, Penny J, Garvey S, Lees A (2010) Dynamics of rotating machines. 1st edn. Cambridge University Press.

[34] Ku DM (1998) Finite element analysis of whirl speeds for rotor-bearing systems with internal damping. Mech Syst Signal Pr 12: 599-610.

[35] Kalita M, Kakoty SK (2004) Analysis of whirl speeds for rotor-bearing systems supported on  fluid film bearings. Mech Syst Signal Pr 18: 1369-1380.

[36] Bavastri CA, Ferreira ES, Espíndola JJ, Lopes EO (2008) Modeling of dynamic rotors with flexible bearings due to the use of viscoelastic materials. J Braz Soc Mech SCI 30: 22-29.

[37] Ribeiro EA, Pereira JT, Bavastri CA (2015) Passive vibration control in rotor dynamics: Optimization of composed support using viscoelastic materials. Sound Vib 351: 43-56.