Теоретико-экспериментальный метод определения аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного поперечного сечения

Теоретико-экспериментальный метод определения аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного поперечного сечения

Автор: Паймушин В.Н., Фирсов В.А., Гюнал И., Шишкин В.М.

Журнал: Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика @vestnik-pnrpu-mechanics

Статья в выпуске: 4, 2016 года.

Бесплатный доступ

Разработана методика численной обработки опытной виброграммы затухающих изгибных колебаний тест-образца для определения экспериментальной низшей частоты и амплитудной зависимости логарифмического декремента колебаний (ЛДК), определяющего демпфирующие свойства тест-образца. Для определения ЛДК используется экспериментальная огибающая затухающих изгибных колебаний свободного конца тест-образца с аппроксимацией ее суммой двух экспонент с четырьмя независимыми параметрами, определяемыми прямым поиском минимума целевой функции, зависящей от указанных параметров. Проведены численные эксперименты, подтверждающие достоверность разработанной методики. Показано, что для надежного определения экспериментальной аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного сечения необходимо, чтобы его материал имел стабильные и низкие демпфирующие свойства. Таким требованиям в полной мере удовлетворяет дюралюминий. Построена матрица демпфирования конечно-элементной модели тест-образца произвольного поперечного сечения при амплитудно-независимом внутреннем трении в материале. Получен параметр внутреннего демпфирования тест-образца, обусловленный демпфирующими свойствами материала. Определена экспериментальная аэродинамическая составляющая демпфирования серии тест-образцов ромбовидного сечения. Отмечена частотная зависимость модуля упругости дюралюминия марки Д16АТ. Разработан итерационный алгоритм определения низшей частоты колебаний тест-образца с учетом частотной зависимости модуля упругости. Проведены численные эксперименты на образцах ромбовидного сечения, подтверждающие достоверность разработанного алгоритма. Разработан теоретико-экспериментальный метод построения структурной формулы для расчетного определения аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного сечения, основанный на модификации базовой формулы для тонкой пластины постоянной толщины и использовании экспериментальных данных о демпфирующих свойствах серии тест-образцов с указанной формой поперечного сечения. Проведены численные эксперименты, подтверждающие достоверность полученной структурной формулы.

Еще

Логарифмический декремент колебаний, параметр внутреннего демпфирования, динамический модуль упругости, конечный элемент, целевая функция, прямой поиск

Короткий адрес: https://sciup.org/146211642

IDR: 146211642   |   DOI: 10.15593/perm.mech/2016.4.12

Список литературы Теоретико-экспериментальный метод определения аэродинамической составляющей демпфирования тест-образца ромбовидного поперечного сечения

  • Theoretical-Experimental Method for Determining the Parameters of Damping Based on the Study of Damped Flexural Vibrations of Test Specimens. 1. Experimental Basis/V.N. Paimushin, V.A. Firsov, I. Gunal, A.G. Egorov//Mechanics of Composite Materials. -2014. -Vol. 50. -No. 2. -P. 127-136.
  • Identification of the elasticity and damping characteristics of a fiberglass based on a study of dying flexural vibrations of test samples/V.N. Paimushin, V.A. Firsov, I. Gyunal, V.M. Shishkin//Mechanics of Composite Materials. -2015. -Vol. 51. -No. 3. -P. 285-300.
  • Development of an improved technique for identification of the damping properties of orthogonally reinforced composites in shear/V.N. Paimushin, V.A. Firsov, I. Gynal, V.M. Shishkin//Mechanics of Composite Materials. -2016. -Vol. 52. -No. 2. -P. 133-142.
  • Identification of the Elastic and Damping Characteristics of Soft Materials Based on the Analysis of Damped Flexural Vibrations of Test Specimens/V.N. Paimushin, V.A. Firsov, I. Gynal, V.M. Shishkin//Mechanics of Composite Materials. -2016. -Vol. 52. -No. 4. -P. 435-454.
  • Sader J.E. Frequency response of cantilever beams immersed in viscous fluids with applications to the atomic force microscope//Journal of Applied Physics. -1998. -Vol. 84 (1). -P. 64-76.
  • Kirstein S., Mertesdorf M., Schoenhoff M. The influence of a viscous fluid on the vibration dynamics of scanning near-field optical microscopy fiber probes and atomic force microscopy cantilevers//Journal of Applied Physics. -1998. -Vol. 84 (4). -P. 1782-1790.
  • Hosaka H., Itao K., Kuroda S. Damping characteristics of beam-shaped micro-oscillators//Sensors and Actuators A: Physical. -1995. -Vol. 49 (1-2). -P. 87-95.
  • Kimber M., Garimella S.V., Raman A. Local heat transfer coefficients induced by piezoelectrically actuated vibrating cantilevers//Transactions of the ASME Journal of Heat Transfer. -2007. -Vol. 129 (9). -P. 1168-1176.
  • Kimber M., Lonergan R., Garimella S.V. Experimental study of aerodynamic damping in arrays of vibrating cantilevers//Journal of Fluids and Structures. -2009. -Vol. 5 (8). -P. 1334-1347.
  • Shyy W., Berg M., Ljungqvist D. Flapping and flexible wings for biological and micro air vehicles//Progress in Aerospace Sciences. -1999. -Vol. 35 (5). -P. 455-505.
  • Chen Z., Shatara S., Tan X. Modeling of biomimetic robotic fish propelled by an ionic polymer-metal composite caudal fin//IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. -2010. -Vol. 13 (5). -P. 519-529.
  • Aureli M., Kopman V., Porfiri M. Free-locomotion of underwater vehicles actuated by ionic polymer metal composites//IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. -2010. -Vol. 15 (4). -P. 603-614.
  • Микишев Г.Н. Экспериментальные методы в динамике космических аппаратов. -М.: Машиностроение. -1978. -247 с.
  • Aureli M., Basaran M.E., Porfiri M. Nonlinear finite amplitude vibrations of sharp-edged beams in viscous fluids//Journal of Sound and Vibration. -2012. -Vol. 331. -P. 1624-1654.
  • Sarpkaya T. Force on a circular cylinder in viscous oscillatory flow at low Keulegan-Carpenter numbers//Journal of Fluid Mechanics. -1986. -Vol. 165. -P. 61-71.
  • Theoretical-Experimental Method of Determining the Drag Coefficient of a Harmonically Oscillating Thin Plate/A.G. Egorov, A.M. Kamalutdinov, V.N. Paimushin, V.A. Firsov//Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. -2016. -Vol. 57. -No. 2. -P. 275-282 DOI: 10.1134/S0021894416020103
  • Adams R.D. The damping characteristics of certain steels, cast irons and other metals//Journal of Sound and Vibration. -1972. -Vol. 23. -No. 2. -P. 199-216.
  • Theoretical-Experimental Method for Determining the Parameters of Damping Based on the Study of Damped Flexural Vibrations of Test Specimens. 2. Aerodynamic Component of Damping/A.G. Egorov, A.M. Kamalutdinov, A.N. Nuriev, V.N. Paimushin//Mechanics of Composite Materials. -2014. -Vol. 50. -No. 3. -P. 267-278.
  • Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ: практ. руководство: пер. с англ. -М.: Мир, 1982. -238 с.
  • Пановко Я.Г. Внутреннее трение при колебаниях упругих систем. -М.: Физматгиз, 1960. -193 с.
  • Писаренко Г.С. Колебания механических систем с учетом несовершенной упругости материала. -Киев: Наукова думка, 1970. -377 с.
  • Сорокин Е.С. К теории внутреннего трения при колебаниях упругих систем. -М.: Госстройиздат, 1960. -129 с.
  • Давиденков Н.Н. О рассеянии энергии при вибрациях//Журнал технической физики. -1938. -Т. 8, Вып. 6. -С. 483-499.
  • Хильчевский В.В., Дубенец В.Г. Рассеяние энергии при колебаниях тонкостенных элементов конструкций. -Киев: Вища школа, 1977. -252 с.
  • Пальмов В.А. Колебания упругопластических тел. -М.: Наука, 1976. -328 с.
  • Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: пер. с англ. -М.: Мир, 1975. -541 с.
  • Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов: пер. с англ. -М.: Мир, 1979. -392 с.
  • Клаф Р., Пензиен Дж. Динамика сооружений: пер. с англ. -М.: Стройиздат, 1979. -320 с.
  • Кандидов В.П., Чесноков С.С., Выслоух В.А. Метод конечных элементов в задачах динамики. -М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. -165 с.
  • Постников В.С. Внутреннее трение в металлах. -М.: Металлургия, 1969. -330 с.
  • Образцов И.Ф., Савельев Л.М., Хазанов Х.С. Метод конечных элементов в задачах строительной механики летательных аппаратов. -М.: Высш. шк., 1985. -392 с.
  • Мэтьюз Джон Г., Финк Куртис Д. Численные методы. Использование MatLab. -3-е изд. -М.: Вильямс, 2001. -720 с.
  • Парлетт Б. Симметричная проблема собственных значений. Численные методы: пер. с англ. -М.: Мир, 1983. -384 с.
  • Бате К., Вильсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов: пер. с англ. -М.: Стройиздат, 1982. -447 с.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp