Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Ghayour,Hamidreza Mirdamadi
مصطفی غیور (استاد راهنما) سیدحمیدرضا میردامادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Mokhtari karchegani
علی مختاری کرچگانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
Axially moving structures are of technological importance and present in a wide range of engineering problems. Typical examples are the chain and belt drives, aerial cable tramways, rolling systems, thread-lines in the textile industry, band saw blades and the like. The axially moving speed of a structure can significantly affect its dynamic characteristics, giving rise to variations in natural frequencies and vibration modes. Above a certain critical moving speed, the axially moving structure may experience severe vibration or structural instability resulting in structural failure. Thus, it is important to accurately predict the dynamic characteristics of such axially moving structures to achieve successful designs. Though conventional finite element (FE) method is versatile and widely used to model complex structures of arbitrary geometry for structural dynamics problem, it is highly unsuited for wave propagation analysis. Higher frequency content of the loading wave propagation problems requires very ?ne mesh with the element size comparable to the wavelengths, which are very small at higher frequencies. This results in large system size and huge computational cost. In addition to the ?ne mesh, to obtain system response, the time integration schemes have to be implemented after FE modeling. In these methods, analysis is performed over a small time step, which is a fraction of the total time for which the response histories are required. For some time integration schemes, however, a constraint is placed on the time step, and this coupled with large system sizes makes the FE solution of wave propagation problems computationally prohibitive. Thus, in general, alternative numerical techniques, like wavelet-based spectral finite element (WSFE) and conventional FFT based spectral finite element (SFE) models, are adopted for these problems. The WSFE is similar to SFE, except that, here Daubechies wavelet basis is used for approximation in time to reduce the governing partial differential equations (PDEs) to a set of ordinary differential equations (ODEs). The localized nature of the compactly supported Daubechies wavelet basis helps to circumvent several problems associated with SFE due to the required assumption of periodicity, particularly for time domain analysis. In this thesis, a WSFE model is developed for some 1D structures, especially for an axially moving Timoshenko beam subjected to axial tension. This study is done to use the formulated WSFE to perform both frequency and time domain analysis. The high accuracy of the WSFE model is then verified by comparing its results with the FE results and conventional SFE model results. The effects of the moving speed and axial tension on the vibration characteristics, wave characteristics (natural frequencies and wave number), and the static and dynamic stabilities of a moving beam are investigated. Keywords : Axially moving structures, Frequency and time domain analysis, Wavelet-based spectral finite element model, Daubechies wavelet basis function, and Dynamic stabilities
سامانه با حرکت محوری شناسه ی بسیاری از دستگاه های مهندسی است، برای نمونه می توان از تسمه و زنجیرها ی انتقال قدرت، کابل ترامواهای هوایی، سامانه های نورد، فیبرهای نساجی، و تیغه های اره برقی نام برد. سرعت سامانه های با حرکت محوری آشکارا بر روی پارامترهای دینامیکی سامانه از جمله بسامد های طبیعی و مودهای ارتعاشی کارساز است، به گونه ای که در صنعت بسیار دیده شده که این گونه سامانه ها در برخی سرعت ها دچار ناپایداری و شکست می شوند. بنابراین، پیدا کردن دقیق این پارامترها برای یک طراحی درست ارزش ویژه ای دارد؛ به گفته ای دیگر، موشکافی ارتعاشی چنین ساختارهایی، دسترسی به طراحی های امن، قابل اطمینان، و بهینه را فراهم می سازد. روش المان محدود کلاسیک به طور گسترده برای سازه های با مدل پیچیده و هندسه ی دلخواه به کار گرفته شده است. با این حال، این روش برای مسایل با بسامد بالا (مسایل پخش امواج) مناسب نیست. به طوری که، باید تعداد المان های بسیار زیاد با طول کم در مقایسه با طول موج درنگر آورد که میزان محاسبه ها را به شدت افزایش می دهد. هم چنین، برای دست یابی به پاسخ های سامانه باید پس از مدل سازی به این روش، از روش های عددی مانند روش های نیومارک، ویلسون و غیره بهره گرفت. گزینش مناسب بازه ی زمانی بین دو نقطه ی نمونه در این روش های عددی از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، روش های جایگزین مانند روش های المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک و المان محدود طیفی بر پایه تبدیل فوریه برای این گونه مسایل به کار گرفته می شود. روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک شبیه به روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل فوریه است، مگر این که این روش از موجک های داوبچیز برای تبدیل معادله های دیفرانسیل پاره ای به معادله های دیفرانسیل معمولی سود می جوید. موجک های داوبچیز به دلیل ویژگی های بی همتای خود توانسته کاستی های روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل فوریه در حوزه ی زمان (به دلیل متناوب انگاشتن پاسخ ها در روش فوریه) را برطرف سازد. در این پژوهش سازه های با حرکت محوری یک بعدی، به ویژه تیر تیموشنکوی با حرکت محوری، زیر نیروی کششی محوری ثابت با روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک برای آنالیز در حوزه ها ی زمان و بسامد فرمول بندی می گردد. دقت بالای روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک با مقایسه ی با دو روش المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل فوریه و المان محدود کلاسیک نمایان می گردد. تاثیر اندازه ی سرعت و نیروی کششی محوری روی پارامترهای ارتعاشی، ویژگی های موج (بسامد های طبیعی و عدد موج)، و پایداری سازه ی با حرکت محوری نیز برون آوری می گردد. گل واژگان: سازه های با حرکت محوری، آنالیز در حوزه ها ی زمان و بسامد، المان محدود طیفی بر پایه ی تبدیل موجک، تابع مقیاس داوبچیز، پایداری سازه

ارتقاء امنیت وب با وف بومی