Modelowanie i symulacja numeryczna drgań młota udarowego RG-1

Embed Size (px)

Text of Modelowanie i symulacja numeryczna drgań młota udarowego RG-1

  • Biuletyn WAt Vol. liX, nr 4, 2010

    Modelowanie i symulacja numeryczna drga mota udarowego RG-1

    Marian Klasztorny, tadeusz niezgoda, roMan gieleta, Pawe talareK

    wojskowa akademia techniczna, wydzia Mechaniczny, Katedra Mechaniki i informatyki stosowanej, 00-908 warszawa, ul. s. Kaliskiego 2

    Streszczenie. Przedmiotem modelowania i symulacji jest oryginalny mot udarowy sprynowy o na-zwie rg-1, zaprojektowany i wykonany w Katedrze Mechaniki i informatyki stosowanej wydziau Mechanicznego wojskowej akademii technicznej w warszawie [1]. opracowano nieliniowy dyskretny model dynamiczny ukadu motbadany element energochonnywibroizolacjafundamentpodoe i wyznaczono wartoci parametrw tego modelu. sformuowano nieliniowe rwnania ruchu ukadu w niejawnej postaci i opracowano algorytm numerycznego cakowania tych rwna. opracowano program komputerowy KesHa v2 do symulacji numerycznej drga ukadu. Przeprowadzono wstpne badania numeryczne energochonnoci elementw kompozytowych cylindrycznych. w celu redukcji drga wywoanych prac mota, urzdzenie posadowiono na elbetowym fundamencie blokowym za porednictwem wibroizolacji gerB, ktr stanowi ukad czterech wibroizolatorw sprynowych z tumikami wiskotycznymi, typu KV-452-247 03. Badany mot udarowy naley do klasy motw o rednich prdkociach uderzenia i redniej energii uderzenia (vu = 2,5-11 m/s; Eu = 0,1-6,0 kJ). Sowa kluczowe: dynamika maszyn, mot udarowy, elementy energochonne, wibroizolacja, mode-lowanie, symulacja numerycznaSymbole UKD: 531.8

    1. Wstp

    Przedmiotem bada teoretycznych jest mot udarowy sprynowy rg-1 o ory-ginalnej konstrukcji. Mot zosta zaprojektowany, wykonany i posadowiony w labo-ratorium wytrzymaoci Materiaw Katedry Mechaniki i informatyki stosowanej wydziau Mechanicznego wat. Mot posadowiono na blokowym fundamencie elbetowym z zastosowaniem wibroizolatorw sprynowych [2, 3]. Modelowanie

  • 314 M. Klasztorny, T. Niezgoda, R. Gieleta, P. Talarek

    dynamiczne mota przeprowadzono zgodnie z ogln teori ukadw dyskretnych [4], z uwzgldnieniem dokumentacji geologicznej [5]. obliczenia statyczne i projekt techniczny mota metalowo-kompozytowego wykona r. gieleta [6]. weryfika-cj oblicze statycznych i projektu technicznego mota, obliczenia dynamiczne wstpne mota, projekt wstpny wibroizolacji i fundamentu elbetowego wykona M. Klasztorny [7]. wibroizolatory zostay dobrane przez firm gerB schwingung-sisolierungen gmbH & Co Kg [8, 9]. Projekt techniczny elbetowego fundamentu blokowego wykonao Biuro Projektowe ConstruCta M. susek z Poznania [10]. Podstawowe parametry mota rg-1 zestawiono w tabeli 1.

    tabela 1Parametry podstawowe mota rg-1 [6-10]

    Masa mota udarowego 2676-2748 kg

    Masa fundamentu elbetowego 6160 kg

    wibroizolacja 4 wibroizolatory KV-452-247 03

    Masa trawersy ruchomej 41-113 kg

    zakres prdkoci uderzenia bijaka w prbk 2,5-11 m/s

    zakres energii uderzenia 0,1-6,0 kJ

    rednia czstotliwo uderze 4 uderzenia/h

    zastosowanie badania energochonnoci

    Cele pracy s nastpujce:1. opracowanie nieliniowego dyskretnego modelu dynamicznego ukadu

    MPwFP (motprbkawibroizolacjafundamentpodoe) i wyznaczenie wartoci parametrw tego modelu;

    2. opracowanie modelu dynamicznego niszczenia progresywnego prbek, tj. pryzmatycznych kompozytowych elementw energochonnych (Kee);

    3. sformuowanie nieliniowych rwna ruchu ukadu MPwFP i opracowanie algorytmu numerycznego cakowania tych rwna;

    4. opracowanie algorytmw obliczeniowych, preprocesora, moduu oblicze-niowego i postprocesora programu KesHa v2 (stroKE Spring HAmmer) w jzyku PasCal;

    5. badania numeryczne wstpne energochonnoci Kee w ksztacie powok cylindrycznych (ocena efektywnoci mota w badaniach energochonnoci, ocena skutecznoci wibroizolacji).

    Przy opracowaniu modelu dynamicznego niszczenia progresywnego kom-pozytowych elementw energochonnych w ksztacie powok cylindrycznych wykorzystano wyniki bada statycznych tych elementw, przeprowadzonych przez P. gotowickiego [11]. Przy opracowaniu nieliniowego modelu dyskretnego ukadu MPwFP uwzgldniono wyniki inynierskich oblicze statycznych i wstpnych

  • 315Modelowanie i symulacja numeryczna drga mota udarowego RG-1

    oblicze dynamicznych ukadu oraz wyniki i wnioski z prbnych testw energo-chonnoci na mocie uoonym wstpnie na warstwie gumy porowatej i pododze betonowej przemysowej [6, 7].

    2. Opis techniczny mota udarowego [6, 7, 10]

    schemat konstrukcyjny mota udarowego cznie z fundamentem i wibroizolacj pokazano na rysunku 1. wyrniono 18 podzespow wymienionych w opisie ry-sunku 1. Po wstpnym napiciu statycznym spryn gwnych za pomoc siownika hydraulicznego 150 kn nastpuje zwolnienie zaczepu trawersy ruchomej za pomoc siownika hydraulicznego 15 kn. w fazie rozprania spryn gwnych, trawersie ruchomej nadawana jest prdko pionowa zalena od skrcenia wstpnego spryn oraz liczby obcinikw. dyskretyzacja masy spryn na ich dugoci powoduje, e prdko pionowa trawersy ruchomej jest symulowana zgodnie z eksperymentem.

    Po oderwaniu si trawersy ruchomej od spryn gwnych rozpoczyna si spadek swobodny trawersy ruchomej i jednoczenie pojawiaj si drgania swo-bodne pozostaej czci ukadu. Przewity konstrukcyjne ,c rh h s tak dobrane, aby zapewni uderzenie bijaka i niszczenie progresywne kompozytowej prbki powokowej cylindrycznej, symulowane zgodnie z opracowanym zmodyfikowanym modelem sprysto-plastycznym (rys. 2).

    Bijak trawersy ruchomej moe zniszczy progresywnie prbk maksymalnie na dugoci h0 = 15 mm. dystans 15 mm jest potrzebny na skadowanie materiau zniszczonej czci prbki. Jeli wystpi zniszczenie prbki na ww. odcinku, to nastpi uderzenie kompozytowej belki trawersy ruchomej w podkadki elastomerowe na wspornikach i rozpoczn si drgania swobodne ukadu, z moliwoci odrywania si belki od podkadek elastomerowych.

    spryny gwne ze stali 50CrV4 wykonao przedsibiorstwo Hsw stalowa wola. rednica prta wynosi 42 mm, rednica zewntrzna spryny 348 mm, liczba zwoi 8, dugo swobodna spryny 800 mm.

    Belk kompozytow epoksydowo-wglow trawersy ruchomej wykonano w Kate-drze Mechaniki i informatyki stosowanej wat. Belka jest zoona z dwch ceownikw 120 o rodnikach pionowych, odpowiednio ze sob poczonych. Pki o gruboci 16 mm i szerokoci 60 mm wzmocnione s tkanin eCC 442 wykonan z rovingu tenaX Hta 5131 oraz pasmami rovingu wglowego Fortafil 511 4380 tex 80k. Matryc stanowi ywica epoksydowa eP-53. rodnik o gruboci 10 mm wzmocniony jest tkanin wglow 45.

    Podkadki elastomerowe ta 80-32 firmy aCe stodmpfer gmbH charak-teryzuj nastpujce parametry: maksymalne skrcenie 38 mm, waciwoci quasi-liniowe lepkospryste przy skrceniu do 5 mm, maksymalna pojemno energetyczna dwch podkadek 1680 J/cykl.

  • 316 M. Klasztorny, T. Niezgoda, R. Gieleta, P. Talarek

    rys. 1. schemat konstrukcyjny mota udarowego (pooenie zerowe odpowiadajce zaczepie-niu trawersy ruchomej i sprynom nienapitym): 1 elbetowy fundament blokowy (5200 kg); 2 podbeton (800 kg); 3 mata tumica reguPol 6010 Pl; 4 stalowa pyta dolna 1300 1000 160 mm (1650 kg); 5 wibroizolatory KV-452-247 03 (4 40 kg); 6 stolik pomiarowy (12 kg); 7 wspornik (2 30 kg); 8 podkadka elastomerowa (2 0,2 kg); 9 bijak (8 kg); 10 kompozy-towa belka trawersy ruchomej (15 kg); 11 prowadnica trawersy ruchomej (2 4 kg); 12 dystans (2 5 kg); 13 obciniki (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 12 kg); 14 siownik hydrauliczny 15 kn oraz me-chanizm zaczepu (36 kg); 15 spryna gwna z mocowaniem (2 120 kg); 16 trawersa staa

    (320 kg); 17 kolumna prowadzca (2 67 kg); 18 siownik hydrauliczny 150 kn (188 kg)

  • 317Modelowanie i symulacja numeryczna drga mota udarowego RG-1

    w celu redukcji drga wywoanych dziaaniem mota, urzdzenie posadowiono na elbetowym fundamencie blokowym za porednictwem wibroizolacji gerB, ktr stanowi ukad czterech wibroizolatorw sprynowych, zespolonych z tumikami wiskotycznymi typu KV-452-247 03. dobr typu wibroizolacji, sposb montau oraz mocowania wibroizolatorw wykonaa firma gerB schwingungsisolierungen gmbH & Co Kg. Parametry 4 wibroizolatorw KV-452-247 03 s nastpujce: obcienie dopuszczalne statyczne 4 8,6 kn = 34,4 kn przy ciarze mota (bez fundamentu) 27,0 kn, sztywno pionowa 4 0,32 kn/mm = 1,28 Mn/m, wysoko konstrukcyjna przed obcieniem 247 mm i po obcieniu statycznym 226 mm. wibroizolatory s poczone za pomoc rub ze stalow pyt doln mota oraz za pomoc maty klejonej z fundamentem elbetowym.

    sztywno wibroizolatorw dobrano tak, aby podstawowa czstotliwo wa-sna f1 [2; 6] Hz bya zgodna z norm [2]. Czstotliwo ta wynosi f1 = 3,4 Hz. Fundament blokowy o wymiarach 2,00 1,80 0,60 m wykonano z betonu klasy B25, zbrojonego prtami 16 mm ze stali a-iiin (siatka o oczkach 15 15 cm). Fundament spenia warunek braku obrotu i polizgu. Podbeton o gruboci 10 cm wykonano z betonu klasy B10. osiadanie cakowite fundamentu wynosi 0,2 mm. odlegoci fundamentu od cian wynosz odpowiednio 0,90 m oraz 1,45 m.

    3. Modelowanie fizyczne i matematyczne ukadu MPWFP

    3.1. Zaoenia i model dynamiczny ukadu

    Przyjto nastpujce zaoenia:1. ukad ma dwie pionowe paszczyzny symetrii i jest idealnie wycentrowany.2. Model ukadu jest paski i suy do symulacji drga pionowych ukadu

    MPwFP oraz dynamicznego niszczenia progresywnego kompozytowych elementw energochonnych w ksztacie powok cylindrycznych (rurek).

    3. stalowo-kompozytowa trawersa ruchoma jest modelowana jako ciao sztywne. uwzgldnia si wszystkie potencjalne fazy ruchu trawersy: wstpne napicie spryn, zwolnienie zaczepu, rozprenie spryn i oderwanie trawersy od spryn, uderzenie bijaka trawersy w prbk i niszczenie progresywne prbki, uderzenie kompozytowej belki bijaka w podkadki elastomerowe, drgania swobodne ukadu. uwzgldnia si energi poten-cjaln pola grawitacyjnego dla trawersy ruchomej.

    4. Pozostaa cz ukadu MPwFP jest modelowana jako liniowy ukad dyskretny o 8 stopniach swobody. trawersa staa, wsporniki, pyta dolna i bl