Модель термомеханического поведения амортизационного узла

Авторы

  • Дмитрий Альбертович Бояршинов Пермский национальный исследовательский политехнический университет
  • Олег Юрьевич Сметанников Пермский национальный исследовательский политехнический университет

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.3.23

Ключевые слова:

гиперупругость, вязкоупругость, амортизация, контактное взаимодействие, численное моделирование

Аннотация

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

Данные скачивания пока недоступны.

Биографии авторов

Дмитрий Альбертович Бояршинов, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

асп.

Олег Юрьевич Сметанников, Пермский национальный исследовательский политехнический университет

дтн, доц.

Библиографические ссылки

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 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
6. 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
7. Бегалиев У.Т. Моделирование вязкоупругих демпферов для конструктивного применения // Наука и инновационные технологии. 2016. № 1(1). С. 201-209.
8. 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.
9. Семенов В.К., Белкин А.Е. Математическая модель вязкоупругого поведения резины при циклическом нагружении // Изв. вузов. Машиностроение. 2014. № 2. С. 46-51.
10. 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
11. Егоров А.В. Определение динамической жесткости резинового слоя демпфера внутреннего трения // Фундаментальные исследования. 2011. № 12-1. С. 108-111.
12. Поздняков И.В. Анализ моделей гиперупругого материала с использованием данных одного деформированного состояния // Изв. вузов. Нефть и газ. 2011. № 3. С. 52-57.
13. 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.
14. 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
15. 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
16. 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
17. 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
18. 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
19. 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
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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
24. 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
25. 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
26. 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
27. 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
28. 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
29. 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
30. 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
31. 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
32. 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
33. 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

2022-10-18

Как цитировать

Бояршинов, Д. А., & Сметанников, О. Ю. (2022). Модель термомеханического поведения амортизационного узла. Вычислительная механика сплошных сред, 15(3), 303–315. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.3.23

Выпуск

Раздел

Статьи