Skip to main content
SUPERVISOR
Hassan Nahvi,Mostafa Ghayour
حسن نحوی (استاد راهنما) مصطفی غیور (استاد مشاور)
 
STUDENT
Benyamin Shafi
بنیامین شفیع

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Dynamic Analysis of a Beam on Non-Uniform Nonlinear oundation Subjected to a Moving Oscillator
Investigating the dynamic response of a beam on elastic foundation, subjected to a moving mass is an important issue in mechanical and structural engineering analysis. Analysis of high-speed train movement on a track placed on a foundation is one of the important applications of this problem. Due to the importance of this issue, in addition to the dynamic response of the beam, the dynamic analysis of the moving mass is also of particular importance. In addition, in this case, foundation modeling has significant effect on obtaining critical velocities and also beam and mass maximum displacements. Therefore, in this study, the moving mass is modeled by mass-spring-damper oscillators as a single-degree-of-freedom and one-foot and two-foot two-degree-of-freedom cases. Furthermore, foundation modeling will be considered as linear, nonlinear and bi-linear Winkler cases. Also, for sudden changes of foundation stiffness, the non-uniform foundation will be considered and compared with the uniform foundation. In all cases, critical velocities and extreme values of beam and moving oscillator displacements will be obtained using finite element method and numerically computed using $\\alpha$-method. The effects of stiffness of different foundation cases and natural frequencies of moving oscillator on the time response of beam and moving oscillators will be investigated. In linear and non-uniform foundation model, the critical velocities were reduced compared to the linear and uniform model, when moving from the foundation with lower stiffness to the foundation with higher stiffness. In nonlinear model, compared to the linear one, the extreme displacement values decreased and the critical velocities increased. Also, in this model, by increasing the natural frequency, the number of direction changes of the oscillator displacements increased. By considering non-uniform foundation, less extreme displacements and higher critical velocities occurred when oscillator moves from the region of lower foundation stiffness to the higher one. By considering foundation with less tensile stiffness in the bi-linear model, the oscillator upward displacements increased and the critical velocities decreased. In bi-inear model, unlike the other models, using two-degree-of-freedom oscillator increased the extreme displacement when crossing from the lower-stiffness region to the more stiffness one. In all the considered models, the highest oscillator and beam displacements occurred during the presence of the oscillator at the end of the beam. Keywords: Nonlinear Foundation, Bi-linear Foundation, Moving Oscillator, Non-uniform Foundation, Critical Velocity
بررسی رفتار دینامیکی تیر قرار گرفته بر بستر الاستیک تحت تأثیر عبور متحرک، مسئله‌ای مهم در حوزه‌ی تحلیل‌های مهندسی مکانیک و همچنین مهندسی سازه است. یکی از کاربردهای مهم این مسئله در تحلیل حرکت قطار سریع‌السیر بر روی ریل قرار گرفته بر بستر است. با توجه به اهمیت این مسئله، علاوه بر رفتار دینامیکی تیر، تحلیل دینامیکی متحرک نیز اهمیت ویژه‌ای دارد. علاوه بر این، در این مسئله، مدل‌سازی بستر نیز تأثیر قابل توجهی در به دست آمدن سرعت‌های بحرانی و بیشترین جابه‌جایی‌های تیر و متحرک دارند. از همین رو در این پژوهش، متحرک عبوری با نوسانگر‌های جرم-فنر-میراگر در مدل‌های یک درجه آزادی و دو درجه آزادی تک‌پایه و دوپایه مدل خواهند شد و بستر نیز در سه مدل خطی، غیرخطی و دوخطی وینکلر در نظر گرفته خواهد شد. همچنین تغییرات ناگهانی در سختی بستر با در نظر گرفتن بستر غیریکنواخت با مدل‌سازی یکنواخت مقایسه خواهد شد. سرعت‌های بحرانی و مقادیر فرینه جابه‌جایی تیر و متحرک در همه‌ی مدل‌ها با استفاده از معادلات اجزاء محدود و حل عددی به شیوه‌ی آلفا به دست خواهند آمد. تأثیر اندازه‌ی سختی در مدل‌سازی‌های مختلف بستر و فرکانس‌‌های طبیعی متحرک بر پاسخ‌های زمانی تیر و متحرک نیز بررسی خواهند شد. در مدل‌ بستر خطی و غیریکنواخت، با عبور متحرک از محدوده‌ی بستر با سختی کمتر به محدوده با سختی بیشتر، سرعت بحرانی نسبت به مدل خطی و یکنواخت کاهش یافت. در مدل‌ غیرخطی، مقادیر جابه‌جایی فرینه کاهش و سرعت‌های بحرانی نسبت به مدل خطی افزایش پیدا کردند. همچنین افزایش فرکانس طبیعی در این مدل‌، سبب افزایش تعداد تغییر جهت‌های جابه‌جایی نوسان‌گر گردید. با غیریکنواخت در نظر گرفتن بستر، هنگام عبور متحرک از محدوده‌ی با سختی کمتر به محدوده‌ی با سختی بیشتر، جابه‌جایی‌های فرینه کمتر بوده و در سرعت‌های بحرانی بالاتر اتفاق افتادند. با کمتر در نظر گرفتن سختی کششی بستر در مدل دوخطی، جابه‌جایی‌های رو به‌بالای متحرک افزایش و سرعت‌های بحرانی کاهش یافتند. در مدل‌ دوخطی، استفاده از متحرک دو درجه آزادی دوپایه، بر خلاف مدل‌های دیگر، در هنگام عبور از محدوده‌ی بستر با سختی کمتر به محدوده‌ی با سختی بیشتر، باعث افزایش جابه‌جایی‌های فرینه گردید. در تمامی مدل‌‌های در نظر گرفته شده، بیشترین جابه‌جایی‌های متحرک و تیر در انتهای تیر اتفاق افتادند. کلمات کلیدی: بستر غیرخطی، بستر دوخطی، نوسان‌گر عبوری، بستر غیریکنواخت، سرعت بحرانی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی