نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

مدل‌سازی غیرخطی و تحلیل ارتعاشات آزاد مکانیزم منعطف موازی دوگانه مبتنی بر مدل قیدی تیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 دانشگاه فردوسی مشهد
10.22060/mej.2026.25883.7978
چکیده
در این پژوهش، یک چارچوب تحلیلی برای مدل‌سازی دینامیکی غیرخطی و تحلیل ارتعاشات آزاد مکانیزم منعطف موازی دوگانه ارائه شده است. مدل دینامیکی با استفاده از مدل قیدی تیر، فرمول‌بندی انرژی و معادلات لاگرانژ استخراج شده و در آن اثرات غیرخطی هندسی، جفت‌شدگی‌های اینرسی و تغییر سفتی مؤثر سازه ناشی از تغییرشکل در نظر گرفته شده است. ابتدا انرژی‌های جنبشی و کرنشی اجزای مکانیزم محاسبه شده و معادلات حرکت غیرخطی سیستم در قالب متغیرهای تعمیم‌یافته به‌دست می‌آیند. سپس معادلات بی‌بعدسازی شده و پاسخ سیستم به دو بخش تعادل استاتیکی و نوسانات دینامیکی پیرامون آن تفکیک می‌شود. در ادامه، با خطی‌سازی معادلات حرکت حول نقاط تعادل، فرکانس‌های طبیعی و شکل‌مدهای سیستم استخراج شده و با نتایج تحلیل اجزای محدود مقایسه می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که مدل پیشنهادی قادر است پاسخ استاتیکی و مشخصه‌های مودال سیستم را با دقت بالا پیش‌بینی کند. همچنین برای بررسی ارتعاشات آزاد غیرخطی از روش مقیاس‌های زمانی چندگانه استفاده شده و منحنی‌های پشتیبان سیستم استخراج می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش دامنه نوسان، فرکانس طبیعی سیستم کاهش می‌یابد که بیانگر رفتار نرم‌شوندگی ناشی از غیرخطی‌های هندسی است و مقایسه پاسخ‌های تحلیلی با حل عددی معادلات حرکت نیز انطباق مناسبی را در دامنه‌های کوچک و متوسط نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Development of a Nonlinear Dynamic Model and Free Vibration Analysis of Double Parallelogram Flexure Mechanism Based on Beam Constraint Model

نویسندگان English

Ali Vosoughi Torbati 1
Hamid Moeenfard 2
Mohammad Hossein Abolbashari 1
1 Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Room 214, School of Mechanical Engineering, Department of Eng, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

This study presents an analytical framework for nonlinear dynamic modeling and free vibration analysis of a double parallelogram flexure mechanism. The dynamic model is developed using the beam constraint model, energy formulation, and Lagrange’s equations while accounting for geometric nonlinearities, inertial coupling effects, and variations in the effective stiffness caused by structural deformation. First, the kinetic and strain energies of the mechanism components are derived, and the nonlinear equations of motion are obtained in terms of generalized coordinates. The equations are then nondimensionalized, and the system response is decomposed into a static equilibrium component and dynamic oscillations about the equilibrium position. Subsequently, the equations of motion are linearized around different equilibrium configurations to determine the natural frequencies and mode shapes of the mechanism, which are then compared with finite element results. The results demonstrate that the proposed analytical model accurately predicts the static response and modal characteristics of the system. To investigate nonlinear free vibrations, the method of multiple time scales is employed to derive the modulation equations and extract the backbone curves of the system. The results indicate that the natural frequency decreases as the vibration amplitude increases, revealing a softening-type nonlinear behavior induced by geometric nonlinearities, while the analytical predictions show good agreement with numerical solutions for small and moderate amplitudes.

کلیدواژه‌ها English

Double-parallelogram Flexure mechanism
Beam constraint model
Nonlinear dynamics
Free vibration
Method of multiple time scales

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 26 شهریور 1405