بررسی اثر پارامترهای مختلف بر رفتار ارتعاشی سیستم دیسک پره دار
چکیده
سیستم دیسک پره دار در کلیه توربوماشین ها از جمله توربین ها، کمپرسور های بخار و گاز در نیروگاه ها، به عنوان اصلی ترین سازه محسوب می شود. همچنین در موتور جت، هواپیما، کشتی و کلیه تجهیزات مشابه کاربرد دارد. در حالت ایده آل تمام پره های سیستم یکسان هستند. ولی در واقعیت بین پره ها تفاوت هایی وجود دارد، که باعث بوجودآمدن نامیزانی می شود. نامیزانی در سیستم دیسک پره دار، پدیده ای بسیار خطرناک و غیر قابل اجتناب است. نامیزانی در اثر از بین رفتن تقارن دایره ای در سیستم ایجاد می شود. عوامل بوجود آورنده نامیزانی تولرانس های ساخت، اجزای استهلاکی، نیروهای آیرودینامیکی و استهلاک هستند. در اثر این نامیزانی ها در سیستم تقارن دایره ای، تفاوت های بسیار آشکار بین پاسخ سیستم میزان و نامیزان پدیدار می گردد که برای سیستم نامطلوب است. در این پایان نامه ابتدا مفاهیم کلی مسئله برای درک تاثیرات نامیزانی بر ارتعاشات سیستم دیسک پره دار بیان می شود. نحوه فرمولاسیون مدل دینامیکی سه بعدی دیسک پره دار واقعی با استفاده از روش اجزاء محدود و برای المان هشت گره ای، شش وجهی و ایزوپارامتریک بیان می گردد. سپس برای یک مدل سه بعدی پاسخ اجباری و آزاد سیستم بررسی شده و خواص سیستم های دارای تقارن دایره ای بیان می شود. در ادامه برای تحلیل دینامیکی سیستم دیسک پره دار تحت تاثیر نامیزانی، مسئله یافتن ماکزیمم پاسخ برای سیستم معرفی شده به صورت یک مسئله بهینه سازی فرموله می شود. از الگوریتم ژنتیک برای حل مسئله بهینه استفاده می گردد. برای این منظور، برای بدست آوردن ماکزیمم پاسخ سیستم برای پارامترهای مختلف همچون وجود نامیزانی در طول پره ها یا مدول الاستیسیته پره ها، ابتدا 200 آزمایش با پارامترهایی که از یک بازه مشخص انتخاب می شوند در نرم افزار انجام می شود. ماکزیمم پاسخ فرکانسی سیستم برای هر حالت بدست می آید. شبکه عصبی با داده های بدست آمده آموزش داده می شود. در ادامه برای یافتن بدترین الگو از شبکه عصبی آموزش داده شده و الگوریتم ژنتیک استفاده می گردد و ماکزیمم پاسخ فرکانسی سیستم نامیزان بدست می آید. در نهایت با استفاده از پارامترهای بدست آمده از الگوریتم ژنتیک، مدل در نرم افزار ایجادشده و پاسخ فرکانسی آن محاسبه می گردد. این مراحل برای دو حالت وجود نامیزانی در طول پره ها و همچنین وجود نامیزانی در مدول الاستیسیته پره ها تکرار می شود. همچنین اثر وجود غلاف بر روی پاسخ فرکانسی سیستم بررسی می گردد. در ادامه به بررسی اثرات غیرخطی برروی رفتار ارتعاشی سیستم دیسک پره دار همراه با وجود نامیزانی پرداخته می شود. نوآوری این قسمت در نظرگرفتن پارامترهای غیر خطی در بدست آوردن پاسخ فرکانسی سیستم می باشد. بدین منظور، اثرات وجود ترم غیرخطی برای حالت کلی از سیستم های تقارن دایره ای با فرض وجود نامیزانی بررسی می گردد. ابتدا مدل غیرخطی ارائه شده و معادلات حرکت آن نوشته می شود. سپس معادلات از روش اختلالات کوچک و مقیاس چندگانه حل می شوند. در ادامه پاسخ حالت دائم سیستم های نامیزان مورد بررسی قرارگرفته و پاسخ حالت دائم سیستم های میزان و نامیزان مقایسه می گردد. در پایان، به منظور بررسی اثرات استهلاک داخلی پره ها بر روی پاسخ سیستم یک مدل معرفی می گردد. فرمولاسیون بدست آوردن پاسخ برای آن استخراج می شود. نامیزانی سیستم در دو پارامتر ضریب استهلاک و سختی هر پره در نظر گرفته می شود. برای بدست آوردن ماکزیمم پاسخ از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شده و بدترین الگو بدست می آید. سپس پاسخ سیستم در حالت میزان و نامیزان با یکدیگر مقایسه و بدترین پره معرفی می گردد. این مراحل برای چندین سیستم با تعداد پره های متفاوت انجام می شود. در ضمن برای سیستم های بیست و چهار و سی وشش درجه آزادی ابتدا سیستم در حالت وجود نامیزانی در ضریب سختی پره ها بررسی می گردد. سپس در حالت وجود نامیزانی در ضریب استهلاک پره ها و در نهایت در حالت وجود همزمان نامیزانی در هر دو ضریب مورد بررسی قرار می گیرد.