Модель термомеханического поведения амортизационного узла
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.3.23Ключевые слова:
гиперупругость, вязкоупругость, амортизация, контактное взаимодействие, численное моделированиеАннотация
Существуют конструкции, к динамическим характеристикам которых предъявляются высокие требования во многих отраслях промышленности: авиационной, военной, приборостроительной, автомобильной и других. Удовлетворение практическим потребностям связано, в частности, с функционированием входящих в состав конструкций систем демпфирования. Работа последних определяется комплексом нелинейных процессов (контактным взаимодействием, сухим трением, большими деформациями и так далее), что делает актуальной задачу построения их математических моделей. Используемые в настоящее время подходы к их моделированию не позволяют в полной мере учесть нелинейные эффекты, свойственные названным выше процессам, или требуют значительных вычислительных ресурсов, а также могут нуждаться в проведении большого числа экспериментов. Целью данного исследования является построение и идентификация модели деформирования специального амортизатора с учетом трения, температуры, вязкоупругого и гиперупругого поведения материала, а также определение при различных условиях нагружения интегральных термомеханических характеристик, таких как зависимость реакции демпфера от перемещения, количество выделяемого за один цикл деформирования тепла, величина силы трения. На первом этапе строится модель вязко-гиперупругого поведения материала и вычисляются ее параметры на основе информации из натурных экспериментов. Для нахождения гиперупругих характеристик осуществлены испытания на свободное растяжение–сжатие и стесненное сжатие, а вязкоупругие параметры установлены из экспериментов с гармоническим возбуждением и варьируемой температурой. Сформирован массив исходных данных для конечно-элементной модели демпфера из программного пакета ANSYS и рассчитаны параметры трения при контактном взаимодействии с учетом поправок, которые установлены по результатам сравнения с испытаниями на деформирование амортизатора в осевом и поперечном направлениях. С помощью построенной авторами модели оценено термомеханическое поведение амортизатора при циклическом деформировании, которое реализуется при вибрации. Получены зависимости выделяемой за цикл энергии вязкого и сухого трения от коэффициента трения, скорости и температуры.
Скачивания
Библиографические ссылки
Kulkarni P., Bhattacharjee A., Nanda B.K. Study of damping in composite beams // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5. P. 7061-7067. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.11.370
Ватульян А.О., Дударев В.В. К исследованию колебаний цилиндра с вязкоупругим покрытием // Вычисл. мех. сплош. сред. 2021. Т. 14, № 3. С. 312-321. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.3.26
Chatterjee A., Chintha H.P. Identification and parameter estimation of cubic nonlinear damping using harmonic probing and Volterra series // Int. J. Non Lin. Mech. 2020. Vol. 125. 103518. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2020.103518
Zhang X., Du X., Brownjohn J. Frequency modulated empirical mode decomposition method for the identification of instantaneous modal parameters of aeroelastic systems // J. Wind Eng. Ind. Aerod. 2012. Vol. 101. P. 43-52. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2011.12.005
Иванцов А.О., Клименко Л.С., Любимова Т.П., Ру Б. Численное моделирование выпускной трубы двигателя с системой активного шумоподавления // Вычисл. мех. сплош. сред. 2021. Т. 14, № 4. С. 389-397. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.4.32
Матвеенко В.П., Ошмарин Д.А., Севодина Н.В., Юрлова Н.А. Задача о собственных колебаниях электровязкоупругих тел с внешними электрическими цепями и конечно-элементные соотношения для ее численной реализации // Вычисл. мех. сплош. сред. 2016. Т. 9, № 4. С. 476-485. http://dx.doi.org/10.7242/1999-6691/2016.9.4.40
Бегалиев У.Т. Моделирование вязкоупругих демпферов для конструктивного применения // Наука и инновационные технологии. 2016. № 1(1). С. 201-209.
Белкин А.Е., Даштиев И.З., Лонкин Б.В. Моделирование вязкоупругости полиуретана при умеренно высоких скоростях деформирования // Математическое моделирование и численные методы. 2014. № 3. С. 39-54.
Семенов В.К., Белкин А.Е. Математическая модель вязкоупругого поведения резины при циклическом нагружении // Изв. вузов. Машиностроение. 2014. № 2. С. 46-51.
Zhu H., Yang J., Zhang Y., Feng X. A novel air spring dynamic model with pneumatic thermodynamics, effective friction and viscoelastic damping // J. Sound Vib. 2017. Vol. 408. P. 87-104. http://dx.doi.org/10.1016/j.jsv.2017.07.015
Егоров А.В. Определение динамической жесткости резинового слоя демпфера внутреннего трения // Фундаментальные исследования. 2011. № 12-1. С. 108-111.
Поздняков И.В. Анализ моделей гиперупругого материала с использованием данных одного деформированного состояния // Изв. вузов. Нефть и газ. 2011. № 3. С. 52-57.
Коробейников С.Н., Ларичкин А.Ю., Ротанова Т.А. Модели гиперупругости, пролонгирующие закон Гука в область больших деформаций и экспериментальная проверка пределов их применимости // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: Сборник трудов. Уфа, 19-24 августа 2019 г. Уфа: Башкирский государственный университет, 2019. Т. 3. Механика деформируемого твердого тела. С. 124-126.
Мохирева К.А., Свистков А.Л., Шадрин В.В. Определение формы образцов для экспериментов на двухосное растяжение // Вычисл. мех. сплош. сред. 2014. Т. 7, № 4. С. 353-362. http://dx.doi.org/10.7242/1999-6691/2014.7.4.34
Wu Z., Liu H., Liu L., Yuan D. Identification of nonlinear viscous damping and Coulomb friction from the free response data // J. Sound Vib. 2007. Vol. 304. P. 407-414. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2007.02.026
Scheel M., Weigele T., Krack M. Challenging an experimental nonlinear modal analysis method with a new strongly friction-damped structure // J. Sound Vib. 2020. Vol. 485. 115580. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2020.115580
Al-hababi T., Cao M., Saleh B., Alkayem N.F., Xu H. A Critical review of nonlinear damping identification in structural dynamics: Methods, applications, and challenges // Sensors. 2020. Vol. 20. 7303. https://doi.org/10.3390/s20247303
Elliott S.J., Tehrani M.G., Langley R.S. Nonlinear damping and quasi-linear modelling // Phil. Trans. R. Soc. A. 2015. Vol. 373. 20140402. https://doi.org/10.1098/rsta.2014.0402
Hieu D.V., Hai N.Q., Hung D.T. The equivalent linearization method with a weighted averaging for solving undamped nonlinear oscillators // J. Appl. Math. 2018. Vol. 2018. 7487851. https://doi.org/10.1155/2018/7487851
Wang Y., Low K.H. Damped response analysis of nonlinear cushion systems by a linearization method // Comput. Struct. 2005. Vol. 83. P. 1584-1594. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2005.02.004
Parrinello A., Ghiringhelli G.L. Evaluation of damping loss factor of flat laminates by sound transmission // J. Sound Vib. 2018. Vol. 424. P. 112-119. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.03.017
Schoukens J., Ljung L. Nonlinear system identification: A user-oriented roadmap // IEEE Contr. Syst. Mag. 2019. Vol. 39. P. 28-99. https://doi.org/10.1109/MCS.2019.2938121
Xu L. The damping iterative parameter identification method for dynamical systems based on the sine signal measurement // Signal Processing. 2016. Vol. 120. P. 660-667. https://doi.org/10.1016/j.sigpro.2015.10.009
Jin M., Brake M.R.W., Song H. Comparison of nonlinear system identification methods for free decay measurements with application to jointed structures // J. Sound Vib. 2019. Vol. 453. P. 268-293. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2019.04.021
Jang T.S. A method for simultaneous identification of the full nonlinear damping and the phase shift and amplitude of the external harmonic excitation in a forced nonlinear oscillator // Comput. Struct. 2013. Vol. 120. P. 77-85. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2013.02.008
Jacobson K.E., Kiviaho J.F., Kennedy G.J., Smith M.J. Evaluation of time-domain damping identification methods for flutter-constrained optimization // J. Fluid. Struct. 2019. Vol. 87. P. 174-188. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2019.03.011
Raze G., Kerschen G. Multimodal vibration damping of nonlinear structures using multiple nonlinear absorbers // Int. J. Non Lin. Mech. 2020. Vol. 119. 103308. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2019.103308
Moore K.J. Characteristic nonlinear system identification: A data-driven approach for local nonlinear attachments // Mech. Syst. Signal Process. 2019. Vol. 131. P. 335-347. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2019.05.066
Mojahed A., Moore K., Bergman L.A., Vakakis A.F. Strong geometric softening–hardening nonlinearities in an oscillator composed of linear stiffness and damping elements // Int. J. Non Lin. Mech. 2018. Vol. 107. P. 94-111. https://doi.org/10.1016/j.ijnonlinmec.2018.09.004
Mihalec M., Slavič J., Boltežar M. Synchrosqueezed wavelet transform for damping identification // Mech. Syst. Signal Process. 2016. Vol. 80. P. 324-334. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2016.05.005
Staszewski W.J., Robertson A.N. Time-frequency and time-scale analyses for structural health monitoring // Phil. Trans. R. Soc. A. 2007. Vol. 365. P. 449-477. https://doi.org/10.1098/rsta.2006.1936
Khalid M., Yusof R., Joshani M., Selamat H., Joshani M. Nonlinear identification of a magneto-rheological damper based on dynamic neural networks // Comput. Aided Civ. Infrastruct. Eng. 2014. Vol. 29. P. 221-233. https://doi.org/10.1111/mice.12005
Simo J.C. On a fully three-dimensional finite-strain viscoelastic damage model: Formulation and computational aspects // Comput. Meth. Appl. Mech. Eng. 1987. Vol. 60. P. 153-173. https://doi.org/10.1016/0045-7825(87)90107-1
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2022 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.