بررسی اثر دیسک‌صلب متصل به لبه‌های پوسته‌استوانه‌ای در تغییر فرکانس طبیعی و توزیع مودها

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی تهران، تهران، ایران

2 استادیار، فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی تهران، تهران، ایران

10.22044/jsfm.2023.12071.3628

چکیده

در این مطالعه ارتعاشات پوسته استوانه با دیسک صلب در لبه‌های انتهایی مورد بررسی قرار گرفته و میزان تغییرات نتایج در مقایسه با فرض متداول ثابت بودن لبه به‌جای درنظرگرفتن دیسک مورد بررسی قرار گرفته است. برای مدلسازی پوسته از مدل سندرز-کویتر با احتساب برش عرضی مرتبه اول استفاده شده و اثر دیسک در انتها برای اولین بار با استفاده از روابط سینماتیکی حاکم به‌شکل مستدل و نظام‌مندی استخراج شده است. برای حل مساله نیز از روش اجزامحدود نیمه‌تحلیلی استفاده شده و نحوه اصلاح ماتریس‌های سفتی و جرم برای افزودن اثر دیسک نیز برای اولین بار شرح داده شده است. علت اثرگذاری دیسک بر روی ماتریس سفتی، قیدهای حرکتی ایجاد شده بین مولفه‌های جابجایی پوسته در محل اتصال به دیسک صلب است. مطالعات عددی متعددی برای بررسی اثر خواص جرمی دیسک بر فرکانس‌ مودهای مختلف پوسته انجام شده که نشان دهنده‌ اثرگذاری قابل توجه دیسک در فرکانس‌های طبیعی مودهای با تعداد موج‌های محیطی صفر و یک است. طبق نتایج حاصل، افزایش جرم دیسک می‌تواند مود با فرکانس کمینه را از مود با ارتعاشات موضعی متمرکز روی پوسته به شکل ارتعاشات خمشی شبه‌تیر تبدیل کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  heidari , V., Ahmadi , M, Orak , M, Salehi , M. (2021) Modal Analysis of Complex Structures via a Sub-Structuring Approach. ADMT J. 14(1): p. 59-71.
[2] Koga, T.(1988) Effects of boundary conditions on the free vibrations of circular cylindrical shells. AIAA J. 26(11): p. 1387-1394.
[3] Chang, S.-D. and R. Greif (1979) Vibrations of segmented cylindrical shells by a fourier series component mode method. JSV. 67(3): p. 315-328.
[4] Dai , L., Yang T, Sun , Y , Liu , J (2011) Influence of boundary conditions on the active control of vibration and sound radiation for a circular cylindrical shell. Trans Tech Publ.
[5] Zhou, H., Li , W , Lv , B, Li , W (2012) Free vibrations of cylindrical shells with elastic-support boundary conditions. Appl. Acoust. 73(8): p. 751-756.
[6] Qu , Y., Chen , Y , Long , X , Meng, G (2013) Free and forced vibration analysis of uniform and stepped circular cylindrical shells using a domain decomposition method. Appl. Acoust. 74(3): p. 425-439.
[7] Tang , D., Yao , X , Wu , G , Peng , Y. (2017) Free and forced vibration analysis of multi-stepped circular cylindrical shells with arbitrary boundary conditions by the method of reverberation-ray matrix. TWS. 116: p. 154-168.
[8] Tang Q , L.C., She H , Wen B.(2018) Modeling and dynamic analysis of bolted joined cylindrical shell. Nonlinear Dyn. 93: p. 1953-1975.
[9] Li C, Q.R., Miao X (2021) Investigation on the vibration and interface state of a thin-walled cylindrical shell with bolted joints considering its bilinear stiffness. Appl. Acoust. 172: p. 107580.
[10] Bukarinov, G.N. (1974) Oscillations of two bodies joined by a circular cylindrical shell. Studies on Elasticity and Plasticity (Issledovaniya po Uprugosti i Plastichnosti), Leningrad, Leningrad University. 2: p. 74–80 (In Russian)
[11] Smirnov, M.M. (1964) Oscillation of a System of masses connected to a cylindrical shell. Investigations of Elasticity and Plasticity. (Issle-dovaniia po Uprugosti i Plastichnosti), Izdatel’- stvo Leningradskogo Universiteta, p. 114-123. (In Russian)
[12] Darevskii, V.M., and Sharinov, I.L. (1966) Free oscillations of a cylindrical shell with concentrated mass, Transactions of 6th All-Union Conference on the Theory of Shells and Plates, Baku, Azerbaidzhan. p. 350–354. (In Russian)
[13] Kana, D.D. and W.C. Hu. (1968) Transmission characteristics of conical and cylindrical shells under lateral excitation. J. Acoust. Soc. Am. 44(6): p. 1647-1657.
[14] Palamarchuk, V. (1978) Dynamical instability of a system consisting of a ribbed cylindrical shell and an absolutely rigid body. Sov. Appl. Mech. 14(5): p. 479-484.
[15] Ganiev, R. and P. Kovalchuk (1980) Dynamics of solid and elastic bodies/Resonance phenomena during nonlinear oscillations. Moscow, Izdatel'stvo Mashinostroenie. (In Russian)
[16] Kozlov S.V. (1980) On parametric instability domain of orthotropic cylindrical shells with attached masses. Dop ANUSSR; A:45–8. (In Russian)
[17] Pellicano, F. (2011) Dynamic instability of a circular cylindrical shell carrying a top mass under base excitation: Experiments and theory. Int J Solids Struct. 48(3-4): p. 408-427.
[18] Pellicano, F. and K. Avramov (2007) Linear and nonlinear dynamics of a circular cylindrical shell connected to a rigid disk. Commun Nonlinear Sci Numer Simul. 12(4): p. 496-518.
[19] Pellicano, F. (2007) Vibrations of circular cylindrical shells: theory and experiments. JSV,. 303(1-2): p. 154-170.
[20] Yadav A, A., M , Panda, S , Dey , T , Kumar , R. (2020) Nonlinear vibrations of circular cylindrical shells with thermal effects: an experimental study. Nonlinear Dyn. 99: p. 373-391.
[21] Trotsenko, Y.V. (2006) Frequencies and modes of vibration of a cylindrical shell with attached rigid body. JSV. 292(3-5): p. 535-551.
[22] Trotsenko, V. and Y.V. Trotsenko (2004) Methods for calculation of free vibrations of a cylindrical shell with attached rigid body. Nonlinear Oscillations, 2004. 7(2): p. 262-284.
[23] Trotsenko, Y.V. (2001) On equilibrium equations of cylindrical shell with attached rigid body. Нелінійні коливання.
[24] Mallon, N., R. Fey, and H. Nijmeijer (2010) Dynamic stability of a base-excited thin orthotropic cylindrical shell with top mass: simulations and experiments. JSV. 329(15): p. 3149-3170.
[25] Mallon, N., R. Fey, and H. Nijmeijer (2008) Dynamic stability of a thin cylindrical shell with top mass subjected to harmonic base-acceleration. Int J Solids Struct. 45(6): p. 1587-1613.
[26] Yadav A, A.M., Panda S, Dey T , Kumar R. (2022) A semi-analytical approach for instability analysis of composite cylindrical shells subjected to harmonic axial loading. Compos. Struct. 296: p. 115882.
[27] Yadav A, A.M., Panda S, Dey T. (2023) Instability analysis of fluid-filled angle-ply laminated circular cylindrical shells subjected to harmonic axial loading. Eur J Mech A Solids. 97: p. 104810.
[28] Mahmoudkhani, S. (2019) Aerothermoelastic analysis of imperfect FG cylindrical shells in supersonic flow. Compos. Struct. 225: p. 111160.
[29] Mohammadi, F. (2012) Nonlinear vibration analysis and optimal damping design of sandwich cylindrical shells with viscoelastic and ER-fluid treatments. 2012, Concordia University.
[30] Wang, C., J.N. Reddy, and K. Lee (2000) Shear deformable beams and plates: Relationships with classical solutions: Elsevier.