Skip to main content
SUPERVISOR
حسین کریم پور (استاد مشاور) مهدی کشمیری (استاد راهنما) حسن نحوی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mostafa Pirmoradian
مصطفی پیرمرادیان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1386

TITLE

Dynamic Stability Analysis of Linear and Nonlinear Transversal Vibration of a Simply-Supported Beam under Intermittent Moving Masses
The problem of a beam subjected to moving masses has been an interesting subject of investigation for a long time. In most of the related studies, the researchers merely solved a simplified model of the system. Some of these simplifications include ignoring the mass of the moving objet or its inertial effects in analyses, omitting nonlinear terms, and especially considering it as a linear-invariant system; indeed the problem classifies into time-varying systems according that the moving mass position along the beam varies with time. Byaccounting the non-autonomous form of the governing equations of motion, new features of the system become clarified which may lead to a failure in practical applications if ignored. Some of these original results include the discovery of a multitude of new unstable regions in the parameter's plane of the system, occurrence of resonance and coexistence phenomena for some parameters of the system. Condition for coexistence is obtained by deriving Hill's determinants for the beam-moving mass problem which corresponds to the vanishing of instability tongues. This phenomenon occurs when instability regions narrow such that its boundaries coincide and consequently results in disappearance of the instability tongue. The significance of paying attention to this phenomenon is proved by showing the re-opening of this closure by the introduction of the slightest disturbance in the system which leads to the sudden appearance of a previously invisible region of instability. Considering small strains but large displacement, the differential equation of motion is derived in the nonlinear regime. Results of perturbation analyses show that the separating instability curves are identical to those found in the linear case. Results show that although the unstable behavior of the nonlinear system is not characterized by an unbounded response, the system behavior changes qualitatively by crossing the boundary curve and some phenomena like jump and limit cycle may happen. Moreover, it is shown that in addition to system parameters, different initial conditions will result to different response patterns. Keywords: beam- moving mass, modified Hamilton's principle, Floquet theory, dynamic stability, resonance curves, coexistence phenomenon.
موضوع ارتعاش تیر با جسم عبوری متحرک تقریباً بیش از یک قرن موضوع مورد تحقیق پژو‌هشگران بوده و از جهات مختلف مورد بررسی قرارگرفته ‌است. اغلب تحلیل‌های ارائه ‌شده عمدتاً بدون در نظر ‌گرفتن جرم جسم متحرک و/یا کنار گذاشتن سایر اثرات اینرسی آن، فقط با لحاظ جملات خطی و صرف نظر نمودن از عوامل غیرخطی و به ویژه، با عدم توجه به ماهیت متغیر با زمان معادله ی دیفرانسیل حاکم بر مسأله انجام گرفته ‌است. با لحاظ کردن ضرایب متغیر با زمان معادله ی حاکم بر مسأله، ویژگی های جدیدی از سیستم آشکار می شود که عدم توجه به آنها در طراحی بسیاری از مسایل مهندسی مرتبط می تواند منجر به شکست طرح شود. از مهمترین مشخصه های تازه آشکار شده در این تحقیق برای مسأله ی مورد نظر، می توان به ظهور نواحی ناپایداری متعدد در صفحه ی پارامترهای مسأله اشاره کرد که قبلا گزارش نشده است. هم چنین یافته ی دیگر این مسأله، وقوع پدیده ی پاسخ همزمان برای سیستم تیر-جرم متحرک است. با وقوع این پدیده، برخی از زبانه های ناپایداری در صفحه ی پارامترها ناپدید می شوند. این پدیده هنگامی اتفاق می افتد که یک جفت از منحنی های مرز ناپایداری دقیقا روی یکدیگر واقع شده و در نتیجه باعث از بین رفتن زبانه ی ناپایداری می شوند. وقوع این پدیده برای سیستم تیر-جرم متحرک، با استخراج دترمینان هیل مسأله و حل آن نشان داده می شود. اهمیت توجه به منحنی پاسخ همزمان در صورت تغییر جزئی شرایط مسأله به خوبی هویدا می شود. از این قبیل می توان به اثر اضافه کردن نیروی جزئی محوری فشاری و یا کششی اشاره نمود که باعث می شود سیستم دیگر واجد شرائط وقوع پدیده ی انطباق پاسخ های همزمان نبوده و دهانه ای بین منحنی های متناظر باز شده و تبدیل به یک زبانه ی ناپایدار می گردد. با اضافه کردن جملات غیرخطی ناشی از روابط کرنش-جابجایی غیرخطی به معادله دیفرانسیل حاکم بر مسأله، نشان داده می شود که مرزهای جداکننده ی نواحی پایدار و ناپایدار در صفحه ی پارامترهای مسأله منطبق بر مرزهای سیستم خطی می باشند، با این تفاوت که صرفا تمیز دهنده رفتار پایدار از ناپایدار نیست و به نحو پیچیده تری وابستگی پاسخ سیستم به عوامل دیگری را نیز نشان می دهد. در واقع، با استفاده از روش های مقیاس‌های چند‌گانه و توازن هارمونیک ها نشان داده می شود که با تغییر پارامترهای مسأله ی غیرخطی و عبور از مرزهای پایداری، پاسخ سیستم به واسطه ی وجود جملات غیرخطی با روندی شبه نامحدود رشد می کند که به صورت پدیده هایی مانند پرش و سیکل حدی بروز می نماید. همچنین با استفاده از روش بسط دو متغیره نشان داده می شود که شرایط اولیه ی حرکت نیز می تواند در کنار پارامترهای انتخابی مسأله منجر به پیدایش الگوهای پاسخ متنوع شود. کلمات کلیدی: مسأله ی تیر-جرم متحرک، اصل همیلتون برای سیستم های باز، تئوری فلاکه، تحلیل پایداری، منحنی های تشدید، پدیده ی پاسخ همزمان.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی