آنالیز مودال و شناسایی پارامتر های ارتعاشی شفت انتقال قدرت چند تکه با اتصال منعطف

سیستم انتقال قدرت دم بالگرد از چندین شفت تو خالی تشکیل شده که بوسیله کوپلینگهای انعطاف پذیر به هم متصل شده اند. قدرت ورودی این سیستم از گیربکس اصلی بالگرد منتقل میشود و در انتهای دم بالگرد، قدرت سیستم به گیربکس 42 درجه منتقل میشود. طول این سیستم برابر 5/6 متر است و در دور کاری 4200 دور بر دقیقه کار میکند. این سیستم از چهار شفت تشکیل شده که سه عدد از آنها دارای طول مساوی هستند. این چهار شفت توسط سه کوپلینگ منعطف به هم متصل شده اند. این کوپلینگها هم در جهات عرضی و هم در جهات محوری انعطاف پذیر هستند. تعیین رفتار ارتعاشی سیستم، یافتن مدل اجزاء محدود جایگزین کوپلینگ منعطف و بهینه سازی ساختار شفت های چند تکه اهداف اصلی انجام پروژه میباشند. مدلسازی سیستم، مستلزم مدلسازی شفتها و کوپلینگهای منعطف در نرم افزار میباشد. مدلسازی شفتهای چند تکه در نرم افزار ساده و امکانپذیر میباشد اما مدلسازی کوپلینگها با جزئیات کامل در نرم افزار امکانپذیر نیست. زیرا این نوع کوپلینگ منعطف، از حدود 20 قطعه تشکیل شده است که مدلسازی آن پیچیده و غیر قابل اعتماد است. برای حل این مشکل باید مدل کوپلینگ انعطافپذیر را توسط مدل دیگر در نرم افزار اجزاء محدود جایگزین نمود. این نوع جایگزینی باید طوری انجام شود که تمامی خواص کوپلینگهای منعطف را دارا باشد و در عین حال به سادگی قابل مدل کردن در نرم افزار اجزاء محدود باشد. پس از بررسی مدلهای مختلف، با استفاده از فنر و دمپر مدل جایگزین کوپلینگ منعطف ایجاد شده است. این مدل فنر و دمپر در جهات شعاعی و محوری شفتها بکار گرفته شده اند. با انتخاب مدل جایگزین کوپلینگهای منعطف، کل سیستم درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف در نرم افزار مدل میشود. پس از اتمام مدلسازی سیستم در نرم افزار، باید مقدار ضرایب مدل جایگزین شده را مشخص نمود. برای مشخص نمودن مقدار این ضرایب، نیاز به شناسایی سیستم میباشد، که یکی از راههای شناسایی، آنالیز مودال تجربی سیستم میباشد. با انجام تست مودال تجربی بر روی کل سیستم درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف، مشخصات دینامیکی آن معلوم می شود. این مشخصات شامل فرکانسهای طبیعی، مود شیپها و ضرایب میرایی میباشند. با تحلیل نتایج به دست آمده ماتریسهای سختی، میرایی و جرم سیستم بدست می آید و بدین ترتیب سیستم از لحاظ تجربی کاملا شناسایی شده است. با استفاده از نتایج تست مودال تجربی، مدل بکار رفته شناسایی و تصحیح میگردد. این تصحیح با تغییر ضرایب مدل جایگزین شده انجام میگیرد تا پس از انجام آنالیز مودال سیستم در نرم افزار، نتایج آنالیز مودال انجام شده در نرم افزار بر نتایج آنالیز مودال تجربی مطابقت کند. این تطبیق از طریق مقایسه بین مود شیپها و فرکانسهای طبیعی ناشی از تست مودال تجربی و آنالیز مودال انجام شده در نرم افزار، بر طبق معیارهای استاندارد میباشد. در نهایت تمامی نتایج حاصل از تحلیل مودال نرم افزاری بر نتایج تست مودال تجربی مطابقت یافت بجز یک مود شیپ طولی که به دلیل عدم تحریک سیستم در جهت طولی در تست تجربی، این مود شیپ بدست نیامد. با انطباق نتایج، مدل نرم افزاری سیستم تایید میگردد. در راستای تایید روش مدلسازی اتخاذ شده، شرایط مرزی که در حین تست بر سیستم حاکم بوده، اعمال شده است. در صورتی که این شرایط با شرایط واقعی که سیستم روی بالگرد قرار دارد، متفاوت است. با اعمال شرایط مرزی واقعی سیستم، بر روی مدل تایید شده در نرم افزار، بار دیگر آنالیز مودال سیستم در نرم افزار انجام میگیرد. از تحلیل نتایج بدست آمده، رفتار ارتعاشی سیستم کاملا مشخص می شود. نتایج حاصل از تحلیل نرم افزاری سیستم بر طبق شرایط واقعی کاری بر روی بالگرد، نشان دهنده وجود پنج فرکانس طبیعی میباشد. با استفاده از تئوری اجزاء محدود، مدل ریاضی سیستم استخراج میشود و با استفاده از این مدل میتوان آنالیز مودال سیستم را بصورت تئوری انجام داد. برای بهینه سازی ساختار درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف، تعدادی از مشخصه های سیستم به عنوان پارامترهای طراحی در نظر گرفته میشوند و با توجه به فضای کاری سیستم روی بالگرد، قیود بهینه سازی مشخص میگردند. همچنین تابع هدف بهینه سازی طوری تعیین میشود که فرکانسهای طبیعی سیستم از فرکانسهای تحریک دور شوند. فرکانسهای تحریک میتوانند ناشی از عواملی همچون دور کاری سیستم، فرکانس ایجاد شده توسط بیرینگها و ... باشند. با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک بهینه سازی انجام می گیرد و فرکانس طبیعی اول سیستم افزایش می یابد و سایر فرکانسها نیز با افزایش مقدار، از فرکانسهای تحریک ناشی از دور کاری سیستم و همچنین ناشی از بیرینگها، فاصله گرفتند.