| dc.description.abstract | Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη και δυναμική ανάλυση προβλημάτων μη γραμμικών συστημάτων επαφής κατά Hertz. Η μελέτη αυτή πραγματοποιείται με τη χρήση αριθμητικών και πειραματικών μεθόδων και έχει ως στόχο τη βέλτιστη μοντελοποίηση της ταλαντωτικής συμπεριφοράς του συστήματος κατά την επαφή. Η πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε αποτελείται από μία χαλύβδινη δοκό η οποία είναι πακτωμένη στο ένα άκρο, ενώ σε κάποιο σημείο υπάρχει ένα σταθερό έλασμα με το οποίο και έρχεται σε επαφή έπειτα από τη διέγερσή της. Το πείραμα πραγματοποιήθηκε στο εργαστήριο του τμήματος Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου Δυτικής Μακεδονίας.
Στο πρώτο μέλος της εργασίας γίνεται εισαγωγή στη θεωρία στην οποία βασίζεται η μέθοδος. Η μελέτη προβλημάτων μη γραμμικών συστημάτων επαφής γίνεται με τη μέθοδο κατά Hertz. Στη συνέχεια, δίνεται έμφαση στην περιγραφή της πειραματικής διάταξης που αναπτύχθηκε για την εργασία. Η μοντελοποίηση της διάταξης έγινε με τη χρήση λογισμικών πακέτων ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων (FEA). Πιο συγκεκριμένα, το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του μοντέλου είναι το Ansa της BETA CAE Systems S.A, ενώ για την επίλυση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό Dynamis. Η απεικόνιση των αποτελεσμάτων του αριθμητικού μοντέλου γίνεται με τη χρήση του λογισμικού μETA.
Στη συνέχεια, με βάση τις πειραματικά προσδιοριζόμενες συναρτήσεις μετάδοσης (Frequency Response Function) γίνεται η αναγνώριση των μορφικών παραμέτρων (ιδιοσυχνότητες και μέτρα απόσβεσης) της υπάρχουσας πειραματικής διάταξης. Για τη βέλτιστη μοντελοποίηση της εξεταζόμενης διάταξης, απαραίτητη είναι η ενημέρωση του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων με χρήση μεθόδων αριθμητικής βελτιστοποίησης. Η ενημέρωση έχει ως στόχο την ελαχιστοποίηση του σφάλματος μεταξύ των αποτελεσμάτων του αριθμητικού μοντέλου σε σχέση με αυτών που προέκυψαν από το πείραμα.
Τέλος, γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων του αριθμητικού και πειραματικού μοντέλου, η απεικόνιση των ιδιομορφών και της δυναμικής ανάλυσης της δοκού κατά την κρούση της με το σταθερό έλασμα, με το οποίο έρχεται σε επαφή για δύο διαφορετικές περιπτώσεις διέγερσης, μία κρουστική και μία ημιτονοειδή.
The objective of this thesis is the study and dynamic analysis of nonlinear contact impact problems using the Hertzian contact method. The study aims at optimal modeling of the oscillating behavior during contact, using numerical and experimental methods. The experimental set-up which was used is a steel cantilever beam, which is embedded from the one edge. At one point of the other side of the beam there is a rigid stop which clashes with the cantilever beam after its excitement. The experiment took place at the Mechanical Engineering Department laboratory of University of Western Macedonia.
On the first part of the study there is an introduction behind the theory which the method is based on. Nonlinear contact problems are being studied using the Hertzian contact method. Furthermore, there is a strictly description of the experimental set-up which was developed for the study. The set-up was modeled using Finite Element Analysis (FEA) software packages. Specifically, the software which was used for the model creation is Ansa by BETA CAE Systems S.A. Dynamis software was used for the numerical solution. μETA software is used for the result exportation of the numerical model.
Subsequently, based on the experimentally determined Frequency Response Functions (FRF), the identification of the parametric parameters (eigenfrequencies and damping ratios) of the existing experimental set-up is carried out. It is also necessary for the optimum modeling of the considered set-up to optimize the Finite Element Model using several numerical optimization methods. The purpose of this procedure is to minimize the error between the values of the numerical model and the experimental set-up.
Finally, figures of the eigenvalues and the oscillating behavior in time domain of the cantilever beam (during and after impact) are depicted. Also, there is a comparison between the numerical and experimental results for two different types of excitation, one impact and one sinusoidal. | en_US |
