تأثیر پارامترهای لایه‌چینی بر روی رفتار ارتعاشی شفت کامپوزیتی هیبریدی دوار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

یک شفت کامپوزیتی دوار می‌تواند برای انتقال قدرت در صنایع مربوط به ماشین آلات دوار استفاده شود. در مقایسه با یک شفت انتقال قدرت فلزی مرسوم، یک شفت انتقال قدرت کامپوزیتی، معمولاً دارای فرکانس‌های طبیعی و سرعت‌های بحرانی بالاتری است. در این مقاله ابتدا در حالت دوار، نتایج المان محدود یک شفت کامپوزیتی 8 لایه کربن/ اپوکسی در حالت دو دیسک فولادی در وسط به صورت متقارن و قطرهای مختلف با نتایج پژوهش پیشین مقایسه شده و صحت نتایج تأیید می‌شود. سپس یک شفت کامپوزیتی توخالی هیبریدی 8 لایه از جنس کربن/ اپوکسی و شیشه/ اپوکسی با دو دیسک فولادی که روی تکیه‌گاه‌های ارتجاعی قرار دارد، مدل‌سازی می‌گردد. با بکارگیری معادلات لاگرانژ، معادلات حرکت شفت کامپوزیتی هیبریدی با استفاده از تئوری تیر مدول معادل اصلاح شده بدست می‌آیند. با کدنویسی در متلب و حل عددی، نمودار دامنه بر حسب فرکانس در حالت چرخان بدست می‌آید و با نتایج شبیه‌سازی شفت کامپوزیتی در انسیس مقایسه شده و صحه‌گذاری انجام می‌گیرد. در نهایت تأثیر پارامترهای لایه‌چینی مانند زاویه الیاف و ترتیب استفاده از کربن/ اپوکسی و شیشه/ اپوکسی بر روی فرکانس‌های طبیعی بررسی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

The effect of stacking sequence parameters on the vibration behavior of rotating hybrid composite shaft

نویسندگان [English]

  • Mohammad Mahdi Nazari 1
  • Abbas Rahi 2
  • Roohollah Sarfaraz Khabbaz 2
1 Ph.D. Candidate, Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 Assistant Professor, Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده [English]

A rotating composite shaft can be used with the application of power transmission in the rotating machinery industry. Compared to the conventional metal power transmission shaft, the composite power transmission shaft has more natural frequencies and higher critical speeds usually. Accurate determination of the natural frequency of the shaft is of great importance in its design, especially in the case of composite shafts due to the anisotropy of composite materials. In this paper, first in a rotating state, finite element results of a composite shaft eight layers of carbon/epoxy in case of two steel discs in the middle are symmetric with different diameters are compared with the results of previous research and the accuracy of the results is verified. A hollow composite shaft of eight layers of carbon/epoxy and glass/epoxy is modeled with two steel discs on the elastic supports. Applying the Lagrange equations, the equations of motion of the hybrid composite shaft are obtained using the modified equivalent modulus beam theory. By writing code in MATLAB software and numerical solution, the amplitude diagram in terms of frequency in the rotating state is obtained and compared with the results of the composite shaft simulation in Ansys, and validation is performed. Finally, the effect of stacking sequence parameters such as fiber angle, arrangement of use carbon/epoxy, and glass/epoxy on natural frequencies is investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hybrid composite shaft
  • Stacking sequence
  • Elastic bearing
  • Campbell diagram
  • Critical speed