ارتعاشات میکروتیرهای چرخان با حرکت محوری در محیط‌های پیچیده

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در مقاله حاضر، ارتعاشات و پایداری وابسته به اندازه میکروتیرهای چرخان با حرکت محوری محاط شده در بستر ویسکوز با شرایط مرزی مختلف دوسربسته در محیط‌های رطوبتی-حرارتی-مغناطیسی تحت نیروهای گرانشی و محوری براساس تئوری تنش کوپل و مدل تیر رایلی مطالعه شده است. معادلات دینامیکی سیستم با به کارگیری اصل همیلتون استخراج شده‌اند. با به کارگیری روش گالرکین و حل مسئله مقدار ویژه، فرکانس‌های ارتعاشاتی پس‌رو و پیش‌رو سیستم و آستانه‌های ناپایداری سیستم به دست آمده‌اند. برای اعتبارسنجی نتایج پژوهش حاضر، مطالعات مقایسه‌ای انجام شده‌اند. اثر پارامترهای کلیدی مختلف مانند پارامتر اینرسی چرخشی، میرایی بستر، نسبت سفتی خمشی بر دینامیک سیستم آزموده شده‌اند. نتایج نشان دادند که برعکس محیط‌های رطوبتی، میدان‌های مغناطیسی موجب بهبود عملکرد سیستم می‌شوند. همچنین، هنگامی‌که حرکت محوری سیستم در خلاف جهت شتاب گرانشی باشد، نیروهای گرانشی موجب کاهش آستانه ناپایداری سیستم می‌شوند و می‌توانند سیر تکاملی پایداری سیستم را تغییر دهند. ضمناً نشان داده شد که افزایش پارامتر اینرسی چرخشی اثر کاهنده بر فرکانس‌های ارتعاشاتی و پایداری سیستم دارد. مدل‌سازی و نتایج پژوهش حاضر می‌توانند در طراحی بهینه میکروسوییچ‌ها مفید باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Esmailpour Hamedani S, Hosseini M (2020) Nonlinear Vibration Analysis of Micro Rotating Euler-Bernoulli Beams Subjected to Loading Based on the Strain Gradient Theory. JSFM 10(3):181-193 (In Persian).
[2] Sarparast H, Ebrahimi‐Mamaghani A, Safarpour M, Ouakad H M, Dimitri R,  Tornabene F (2020) Nonlocal study of the vibration and stability response of small‐scale axially moving supported beams on viscoelastic‐Pasternak foundation in a hygro‐thermal environment. Math. Methods Appl. Sci. Doi: 10.1002/mma.6859.
[3] Yang X D, Yang J H, Qian Y J, Zhang W,  Melnik R V (2018) Dynamics of a beam with both axial moving and spinning motion: An example of bi-gyroscopic continua. Eur J Mech A Solids 69(2):231-237.
[4] Zhu K, Chung J (2019) Vibration and stability analysis of a simply-supported Rayleigh beam with spinning and axial motions. Appl. Math. Model. 66(4):362-382.
[5] Li X, Qin Y, Li Y H,  Zhao X (2018) The coupled vibration characteristics of a spinning and axially moving composite thin-walled beam. Mech. Adv. Mater. Struct. 25(9):722-731.
[6] Sahebkar S M, Ghazavi M R, Khadem S E,  Ghayesh M (2011) Nonlinear vibration analysis of an axially moving drillstring system with time dependent axial load and axial velocity in inclined well. Mech. Mach. 46(5):743-760.
[7] Ghayesh M H, Ghazavi M R, Khadem S E (2010) Non-linear vibration and stability analysis of an axially moving rotor in sub-critical transporting speed range. Struct. Eng. Mech. 34(4):507-523.
[8] Yuh J, Young T (1991) Dynamic modeling of an axially moving beam in rotation: simulation and experiment 20(3):34-40.
[9] Lee H P (1994) Vibration of a pretwisted spinning and axially moving beam.  Comput Struct. 52(3):595-601.
[10] Shafiei N, Ghadiri M, Mahinzare M (2019) Flapwise bending vibration analysis of rotary tapered functionally graded nanobeam in thermal environment. Mech. Adv. Mater. Struct. 26(2):139-155.
[11] Azimi M, Mirjavadi S S, Shafiei N, Hamouda A M S,  Davari E (2018) Vibration of rotating functionally graded Timoshenko nano-beams with nonlinear thermal distribution. Mech. Adv. Mater. Struct. 25(6):467-480.
[12] Ghadiri M, Hosseini S H S, Shafiei N (2016) A power series for vibration of a rotating nanobeam with considering thermal effect. Mech. Adv. Mater. Struct. 23(12):1414-1420.
[13] Naderi A, Rostami M, Farajollahi A, and Marashi SM (2022) Size-dependent vibration of rotating rayleigh microbeams with variable cross-section in complex environments. JSFM 11(1):159-171 (In Persian).
[14] Hamedani S E, Hosseini M (2020) Nonlinear Vibration Analysis of Micro Rotating Euler-Bernoulli Beams Subjected to Loading Based on the Strain Gradient Theory. JSFM 10(1):181-193 (In Persian).
[15] Bai Y, Suhatril M, Cao Y, Forooghi A,  Assilzadeh H (2021) Hygro–thermo–magnetically induced vibration of nanobeams with simultaneous axial and spinning motions based on nonlocal strain gradient theory. Eng Comput. 38(3):2509-2526.
[16] Dehrouyeh-Semnani A M, Mostafaei H,  Nikkhah-Bahrami M (2016) Free flexural vibration of geometrically imperfect functionally graded microbeams. Int. J. Eng. Sci. 105(2):56-79.
[17] Liang F, Yang X D, Qian Y J, Zhang W (2018) Transverse free vibration and stability analysis of spinning pipes conveying fluid. IJMS 137(1):195-204.
[18] Dehrouyeh-Semnani A M, Nikkhah-Bahrami M,  Yazdi M R H (2017) On nonlinear stability of fluid-conveying imperfect micropipes. Int. J. Eng. Sci. 120(2):254-271.
[19] Xu W, Pan G, Khadimallah M A,  Koochakianfard O (2021) Nonlocal vibration analysis of spinning nanotubes conveying fluid in complex environments. Waves Random Complex Media 1-33. Doi: 10.1080/17455030.2021.1970283.
[20] Mamaghani A E, Khadem S E, Bab S (2016) Vibration control of a pipe conveying fluid under external periodic excitation using a nonlinear energy sink. Nonlinear Dyn., 86(3):1761-1795
[21] Ebrahimi-Mamaghani A, Sotudeh-Gharebagh R, Zarghami R, Mostoufi N (2019) Dynamics of two-phase flow in vertical pipes.  J Fluids Struct. 87(1):150-173.
[22] Ebrahimi-Mamaghani A, Mostoufi N, Sotudeh-Gharebagh R, Zarghami R (2022) Vibrational analysis of pipes based on the drift-flux two-phase flow model. Ocean Eng. 249(1):139-165.
[23] Ebrahimi-Mamaghani A, Sotudeh-Gharebagh R, Zarghami R, Mostoufi N (2020) Thermo-mechanical stability of axially graded Rayleigh pipes. Mech. Based Des. Struct. Mach. 50(2):412-441.
[24] Ebrahimi-Mamaghani A, Forooghi A, Sarparast H, Alibeigloo A, Friswell  M I (2021) Vibration of viscoelastic axially graded beams with simultaneous axial and spinning motions under an axial load. Appl. Math. Model. 90(2):131-150.
[25] Afkhami Z, Farid M (2016) Thermo-mechanical vibration and instability of carbon nanocones conveying fluid using nonlocal Timoshenko beam model. JVC 22(2):604-618.
[26] Elaikh T E, Abed N M, Ebrahimi-Mamaghani A (2020) Free vibration and flutter stability of interconnected double graded micro pipes system conveying fluid.  Mater. Sci. Eng. 928(2):122-128.
[27] Lancaster P (2013) Stability of linear gyroscopic systems: A review. Linear Algebra Its Appl. 439(3):686-706.
[28] Banerjee JR, Su H (2004) Development of a dynamic stiffness matrix for free vibration analysis of spinning beams. Comput Struct. 82(5): 2189–2197.
[29] Sarparast H, Alibeigloo A, Borjalilou V, & Koochakianfard O (2022). Forced and free vibrational analysis of viscoelastic nanotubes conveying fluid subjected to moving load in hygro-thermo-magnetic environments with surface effects.  Arch. Civ. Mech. Eng., 22(4), 1-28.
 
[30] Lingling L, Ruonan M, & Koochakianfard O (2022). Size-dependent vibrational behavior of embedded spinning tubes under gravitational load in hygro-thermo-magnetic fields.  Proc Inst Mech Eng C J Mech Eng Sci, 09544062211068730.
[31] Zhou Z X, & Koochakianfard O (2022). Dynamics of spinning functionally graded Rayleigh tubes subjected to axial and follower forces in varying environmental conditions. EPJ Plus, 137(1), 1-35.
[32] Koochakianfard O, & Alibeigloo A (2022) Nonlocal vibration of nanobeam embedded in viscoelastic Pasternak foundation with longitudinal and rotational motions with surface effects, doi: 10.22060/MEJ.2022.21234.7407.
[33] Ebrahimi Mamaghani  A, & sarparast  H (2018). Target energy transfer from a doubly clamped beam subjected to the harmonic external load using nonlinear energy sink. JSFM, 8(4), 165-177. doi: 10.22044/jsfm.2018.6771.2571 (In Persian).
[34] Ebrahimi Mamaghani  A, Hosseini  R, Shahgholi M, & Sarparast H (2018). Free lateral vibration analysis of inhomogeneous beams under various boundary conditions. JSFM, 8(3), 123-135. doi: 10.22044/jsfm.2018.6350.2497 (In Persian).