پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش

word
124
5 MB
32592
1388
کارشناسی ارشد
قیمت: ۱۲,۴۰۰ تومان
دانلود فایل
  • خلاصه
  • فهرست و منابع
  • خلاصه پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

    طراحی کاربردی-گرایش دینامیک وکنترل

    چکیده:

         ناپایداری عرضی از مسائل شایع درآلات نقلیه ریلی با سرعت بالاست که در روی ریل بدون قوس و در اثر ماهیت اصطکاکی- خزشی تماس چرخ و ریل که نیروهای غیر کنسرواتیو را در سیستم می سازند بوجود می آید. این پدیده هانتینگ خوانده می شود که از دیدگاه دینامیکی نوعی پدیده خود تحریک است. این پدیده می تواند موجبات سایشهای فراوان چرخ و ریل و کاهش راحتی سفر شود. پدیده هانتینگ بر دو نوع است: هانتینگ اولیه و ثانویه.

         هانتینگ ثانویه از دیدگاه دینامیکی بسیار حائز اهمیت است و هانتینگ اولیه با استفاده از دمپرهای مناسب در سیستم تعلیق به آسانی قابل حذف است . در این پژوهش سعی بر آن بوده تا سرعت آستانه هانتینگ ثانویه با تقریبی نزدیک بدست آید.هرجاصحبت ازهانتینگ می شودمنظورهانتینگ ثانویه است مگراینکه هانتینگ اولیه بیان شود.

         در بررسی پدیده هانتینگ از تئوری خطی کالکر استفاده شده تا نیروهای خزشی به آسانی و با دقت بسیار زیاد در بررسی هانتینگ محاسبه شوند. همچنین حرکت چرخ بر روی سطح صاف و بدون بی نظمی در نظر گرفته شده است. معادلات مربوط به چرخ و محور برای حرکت در مسیر مستقیم (بدون قوس) استخراج شده اند. بررسی پارامتری صورت گرفته تا بتوان تاثیر عوامل مختلف در هانتینگ را بوضوح دید.

         هانتینگ اولیه در سرعتهای پایین ایجاد می شود و با استفاده از دمپرهای مناسب در سیستم تعلیق   می توان آن را حذف نمود. هانتینگ ثانویه که در سرعتهای بالا اتفاق می‌افتد یک پدیده خود تحریک[1] است که هرگز نمی توان از آن فرار کرد و تنها می توان آن را به سرعتهایی بالاتر از سرعت کاری وسیله نقلیه رسانید. در بررسی هانتینگ اولیه در نظر گرفتن مدل واگن ضروری بنظر می رسد اما در بررسی هانتینگ ثانویه مدل کردن بوژی به تنهایی کفایت می کند اما در این پروژه برای اینکه تاثیر حرکات جانبی واگن نیز لحاظ شود و محاسبات دقیقتری صورت گیرد برای تحلیل هانتینگ ثانویه ، واگن نیز در نظر گرفته شده است که تنها درجه آزادی جانبی آن لحاظ شده است . سرعتهای بحرانی خطی وغیرخطی محاسبه       شده اند و پدیده دوشاخگی، سیکل حدی ومحدوده ای که درآن سیکل حدی ممکن است رخ دهد نیز تعیین شده اند. اثرپارامترهای مختلف درسرعتهای بحرانی خطی وغیرخطی نیزازجمله نتایج حائزاهمیت این پایان نامه می باشد.

         کلمات کلیدی : تماس چرخ وریل- هانتینگ اولیه وثانویه- سرعتهای بحرانی خطی وغیرخطی- دو شاخگی- سیکل حدی.

     

    - مقدمه:

         مدلسازی ریاضی بصورت بسیار گسترده ای برای توصیف حرکت قطار بر روی ریل مورد استفاده شده است. با توجه به تنوع پارامترهای موجود در مسا له، ایجاد نمودن یک مدل ریاضی که بتواند همه جنبه های مسئله را پوشش دهد به نظر بسیار بعید می آید. بدیهی است در این میان استفاده از مدلهای خاص هر یک با هدفی خاص (در بردارنده محدود یت هایی) بسیار راهگشا است.

         عموما در بررسی دینامیک آلات ناقله و به ویژه آلات ناقله ریلی، فرض بر آن است که المان های جرمی هر یک صلب هستند. هر یک از این المانها دارای 6 درجه آزادی در راستاهای طولی، عرضی، قائم (درجات آزادی مربوط به جابجایی) رول، پیچ و یاو (درجات آزادی مربوط به دوران) هستند. برای توصیف دینامیکی هریک از این درجات آزادی نیازمند حل یک معادله دیفرانسیل درجه 2 که عموما کوپل با معادلات دیگر است می باشیم. پس برای توصیف دینامیک یک سیستم N درجه آزادی می توان گفت N×6 معادله دیفرانسیل کوپله شده باید حل شوند. بدیهی است حل این تعداد معاد له بسیار وقت گیر و هزینه بر است. در اینجاست که ما باید هدف مدل و وظیفه آن را تعیین کنیم.

         مشاهدات صورت گرفته نشان داده اند که ارتباط کمی مابین حرکت وسیله نقلیه در راستای قائم و عرضی است.  با توجه به این نکته می توان گفت در بررسی عرضی وسیله نقلیه نیاز به در نظر گرفتن اثرات حرکت در راستای قائم نیست. این مسئله در ارتباط با بررسی حرکت در راستای قائم نیز صادق است. در اینجا و در این پژوهش با توجه به اینکه هدف بررسی حرکت در راستای عرضی بوده است تنها درجات آزادی یاو و عرضی در نظر گرفته شده اند.

    این ساده سازی نه تنها ما را در حل مسئله کمک می نماید بلکه در انتها نیز توصیف نتایج را آسانتر        می سازد.

    بررسی عرضی خود می تواند به دو شاخه تقسیم شود :

    1-  بررسی پاسخ سیستم: بدیهی است در این رویکرد، هدف بررسی پاسخ سیستم به محرکهای خارجی است.

    2-  بررسی پایداری در این رویکرد هدف بررسی پایداری عرضی وسیله نقلیه تحت شرایط کاری مختلف است.

         همانگونه که یک سیستم در حالت استاتیکی می تواند پایدار یا ناپایدار باشد یک سیستم دینامیکی نیز می تواند پایدار یا ناپایدار باشد. همانگونه که در استاتیک معیار ما برای بررسی پایداری، بازگشت سیستم به حالت ابتدایی خود است، در دینامیکی نیز معیارهای مشابه برای بررسی پایداری وجود دارد. این معیار اینگونه مطرح می شود: یک سیستم دینامیکی ناپایدار سیستمی است که کوچکترین مقدار جابجایی (تحریک) را به بینهایت واگرا می کند.

    2- 1-  مروری بر کارهای انجام شده :

         اولین تحقیق وبررسی روی مسئله پایداری آلات ناقله ریلی توسط د یپیتر[1] [4] انجام شد. وی رفتار و سیکل حدی را در یک بوژی دو محوره که دارای چرخهای استوانه ای است بررسی نماید. کاروی توسط ماتسودایرا [2] [5]وویکنز[3] [6] باارائه مقالاتی دنبال شد. این کارهای اولیه شروع بررسی این موضوع توسط دیگردانشمندان بود. کوپریدر[4]  [7]اولین کسی بود که مباحث غیرخطی رادر زمینه سیستمهای ریلی بررسی کرد.وی اثرات لغزش چرخ مخروطی بودن چرخ، تماس فلنج و میزان اصطکاک کاسه بوژی را بر روی دینامیک بوژی با 6 درجه آزادی بررسی نمود. اولین تحلیل دوشاخگی مسئله حرکت آزاد یک چرخ ومحورتوسط هوا یلگول[5] [8] انجام شد ومنجربه مواجه شدن با  حالت دوشاخگی سیکل حدی شد. در     سالهای اخیرمولفان بسیاری حرکت نوسانی آشوبناک ودوشاخگی سیکل حدی رادرباره چرخ ومحور و وسایل نقلیه ریلی مورد بررسی قرار داده اند. 

         تحلیل های تئوریکی زیادی برای پیش بینی سرعت های بحرانی دردینامیک غیرخطی چرخ ومحورها و وسایل نقلیه ریلی انجام شده اند. لاو و برند[6]  [9]ازروش کریلوف - بوگولیوبوف[7] [20] برای استخراج    دامنه های ارتعاشات چرخ ومحوراستفاده کرده اند. آنها در بررسی خود ازروش اغتشاش برای تحلیل پایداری حرکت نوسانی استفاده کردند. آنها تاثیر پروفیل چرخ وهمچنین تماس فلنج رادراین مطالعه بدست آوردند. سعی نمودند تا با متدی مشابه رفتار یک تک محور را در قوس با درنظر گرفتن تماس فلنج بررسی نمایند. در این مدل تماس فلنج بصورت یک عدد فنر خطی با لقی برابر با لقی گیج خط مدل شده بود.

         شفل[8]  [10]بصورت تئوریکی وابستگی پایداری هانتینگ را به ضرایب خزش نشان داد واثردمپینگ سیستم تعلیق را برپایداری وسیله نقلیه وچرخ ومحورراموردمطالعه قرارداد.

         درتلاشی که توسط هانس ترو[9]، مهدی احمد یان ویانگ[10] [11,12,13] انجام شد، اثرغیرخطی دمپینگ یاو طولی بررفتارهانتینگ وطبیعت دوشاخگی سیکل حدی در یک چرخ ومحور و همچنین دریک بوژی دومحوره رابررسی کردند. بررسی ایشان حاکی ازاین بود که افزایش متوسط دمپینگ یاو باعث کاهش سرعت بحرانی هانتینگ می شود وافزایش بسیارزیاد در دمپینگ یاورفتارهانتینگ رادرزمینه کنترل بهترودامنه هانتینگ بهبود می بخشد. هوراک و ورملی[11]  [14]اثرچین خوردگی سطح ریل را بررفتارهانتینگ یک بوژی مسافری موردآزمایش قراردادند. به علاوه آنها تاثیر پارامترهای سیستم تعلیق اولیه وهندسه چرخ ومحوررا بر پایداری بوژی بررسی کردند

  • فهرست و منابع پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش

    فهرست:

    فهرست  مطالب

    فصل اول : مروری برادبیات موضوع..............................................................................1

    1- 1- مقدمه..........................................................................................................................................................................2

    2- 1-  مروری بر کارهای انجام شده...............................................................................................................................3

    فصل دوم : پدیده هانتینگ.............................................................................................9

    1- 2-  مقدمه................................................................................................................................................10

    2- 2-  پدیده هانتینگ........................................................................................................................................................10

    3- 2-  سرعت بحرانی، سیکلهای حدی ودوشاخگی در وسایل نقلیه ریلی................................................................13

    4- 2-  جلوگیری از هانتینگ.............................................................................................................................................16

    5- 2-  تئوری کلینگل........... ......................... ......................... ........................................................................................16

    6- 2-  حرکت هانتینگ ازبیان کلینگل..............................................................................................................................19

    7- 2-  مخروطیت معادل..................................................................................................................................................19

    فصل سوم : معادلات دینامیکی حاکم بر سیستم................................................................ 20

    1-3- مقدمه........................................................................................................................................................................21

    2-3- مسئله تماس چرخ وریل..........................................................................................................................................21

    3-3- تئوری خطی کالکر...................................................................................................................................................26

    4-3- مدلسازی تماس فلنج چرخ با ریل..........................................................................................................................30

    5-3- سینماتیک..................................................................................................................................................................31

    6-3- درجات آزادی و قیود..............................................................................................................................................34

    7-3- معادلات عمومی حرکت چرخ و ریل......................................................................................................................35

    8 – 3 -  معادله در راستای طولی...................................................................................................................................37

    9 – 3 - معادله در راستای عرضی.................................................................................................................................37

    10 – 3 - معادله در راستای قائم.....................................................................................................................................38

    11 – 3 - معادله در راستای رول....................................................................................................................................38

    12 – 3 - معادله در راستای پیچ......................................................................................................................................38

    13 – 3 - معادله در راستای یاو......................................................................................................................................38

    14 – 3 -  نیروها و ممان های خزشی............................................................................................................................40

    15- 3 -  سختی گرانشی در راستای عرضی و یاو......................................................................................................49

    16-3- معادله بسط یافته در راستای عرضی................................................................................................................49

    17- 3 -  معادله بسط یافته در راستای یاو.................................................................................................................. 49

    18-3- معادلاتساده سازی شده چرخ و محور.............................................................................................................52

    19-3- معادلات چرخ و ریل با در نظر گرفتن تماس چرخ با فلنج ریل.......................................................................53

    20-3- پایداری چرخ و محور واگن................................................................................................................................54

    فصل چهارم : تحلیل دینامیکی سیستم............................................................................56

    1- 4- مقدمه.......................................................................................................................................................................57

    2- 4-  مدل دینامیکی.........................................................................................................................................................58

    3- 4- روش حل مساله.....................................................................................................................................................61

    4-4- نتایج تحلیل عددی....................................................................................................................................................66

    5- 4- مطالعه پارامتریکی.................................................................................................................................................69

    6- 4- دمپرهای یاو...........................................................................................................................................................70

    7- 4-  سختی عرضی ریل...............................................................................................................................................71

    8- 4-  لقی بین فلنج چرخ و ریل......................................................................................................................................72

    9- 4-  پارامترهای دیگر...................................................................................................................................................73

    10- 4-  تاثیروجود بوژی وواگن برسرعتهای بحرانی خطی وغیرخطی...................................................................76

    1- 10- 4- اثرافزودن بوژی برتحلیل هانتینگ...............................................................................................................77

    2- 10- 4- اثرافزودن بدنه واگن به سیستم چرخ ومحوروبوژی برتحلیل هانتینگ..................................................79

    11- 4- تاثیرتغییرتمامی متغیرها باوجود mw های مختلف........................................................................................81

    12- 4-  تاثیرتغییرتمامی متغیرها برروی Ky های مختلف.........................................................................................90

    فصل پنجم : نتیجه گیری وارائه پیشنهادها......................................................................98

    1-  5-  مقدمه.....................................................................................................................................................................99

    2-  5-  نتایج تحلیلها.........................................................................................................................................................99

    3-  5-  ارائه پیشنهادها..................................................................................................................................................101

    4-  5-  کارهای آینده.....................................................................................................................................................102

     مرجع هاوماخذها.......

    منبع:

     

    1-Sen-Yang Lee , Yung-Chang Cheng , Hunting stability analysis of high-speed railway vehicle trucks on tangent tracks.(Journal of Sound and Vibration 282(2005) 881-898)

    2-Y.Nath , K. Jayadev , Influence of yaw stiffness on the nonlinear dynamics of railway wheelset.(Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation 10 (2005) 179-190)

    3-Yang-Tsai Fan , Wen-Fang Wu , Stability analysis of railway vehicle and it's verification through field test data.(Journal of the Chinese Institute of Engineers,Vol.29,No.3,pp.493-505(2006))

    4-De pater,A.D.,"The approximate Determination of the Hunting movement of railway vehicle by aid of the method of Krylov and Bogoliubov,"in proceeding of the 10th International Congress of Applied Mechanics,Stresa,Appl.Sci.Res.A.10,1960.

    5-Matsudaira,T.,Paper awardedpriza in the competition sponcered by the office of research and experiment of the international union of railways,Utrecht,1960.

    6-Wickens,A.H.,'The dynamic stability of railway vehicle wheelsets and bogies having profiled wheels,"International Journal of Solids and Structures,Vol.1,Issue 3,July 1965,pp.319-341.

    7-Cooperrider,N.K.,"The hunting behavior of conventional railway trucks,"ASME Journal of Eng.Industry,Vol.94,1972,pp.752-762.

    8-Huilgol,R.R.,"Hopf-Friedrichs Bifurcation and the hunting of a railway axle,"Quart.J.Appl.Math.,Vol.36,pp.85-94.

    9-Law,E.H.,and Brand,R.S.,"Analysis of the nonlinear dynamics of a rail vehicle wheelset,"Journal of dynamic systems,Measurment,and Control,Series G 95,March 1973,pp. 28-35.

    10-Scheffel,H.,"The influence of the suspension on the hunting stability of rail vehicles,"Rail International,Vol.10,No.8,August 1979,pp.662-696.

    11-Ahmadian,M., and Yang, S., "Hopf bifurcation and hunting behavior in a rail wheelset with flange contact,"Nonlinear dynamics,Vol.15,Issue 1,January 1998,pp.15-30.

    12- Ahmadian,M., and Yang, S.,"Effect of suspension nonlinearities on rail vehicle bifurcation and stability,"ASME Rail Transportation,Vol.13,1997,pp.97-106.

    13- Yang, S., and Ahmadian,M.,"The Hopf bifurcation in a rail wheelset with nonlinear damping,"ASME Rail Transportation,Vol.12,1996,pp.113-119.

    14-Horak, D., and Wormley, D.N.,"Nonlinear stability and tracking of rail passenger trucks,"Journal of dynamic systems,Measurment, and Control,Vol.104,September 1982,pp.256-263.

    15-Nagurka, M.L.,"Curving performance of rail passenger vehicles," Ph.D. Thesis,Department of Mechanical Engineering,M.I.T.,1983.

    16-Anant Mohan,"Nonlinear investigation of the use of controllable primary suspensions to improve hunting in railway vehicles," Master of Science Thesis of Mechanical Engineering,Blacksburg,Virginia,June 20,2003.

    17-True, H. and Kaas-Petersen, C,'A bifurcation analysis of nonlinear oscillations in railway vehicles',in The Dynamics of vehicles on road and on tracks,8th IAVSD Symposium,1984,pp.438-444.

    18-Kaas-Petersen, C. and True, H.,'Periodic,biperiodic and chaotic dynamical behavior of railway vehicles',in Proceedings 9th IAVSD Symposium,1986,pp.208-221.

    19- True, H.,'A method to investigate the nonlinear oscillations of a railway vehicle',Applied Mechanics Rail Transportation Symposium-1988,presented at the winter annual meeting of ASME.

    20-Bogoliubov,N. N. and Mitropolsky, Y. A.,Asymptotic Method in the Theory of Nonlinear Oscillations,Hindustan Publishing,Delhi,India,1961.



تحقیق در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, مقاله در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, پروپوزال در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, تز دکترا در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, تحقیقات دانشجویی درباره پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, مقالات دانشجویی درباره پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, پروژه درباره پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, گزارش سمینار در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, پروژه دانشجویی در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, تحقیق دانش آموزی در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, مقاله دانش آموزی در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش, رساله دکترا در مورد پایان نامه تحلیل غیر خطی پدیده هانتینگ دریک واگن قطار با استفاده از روش اغتشاش

ثبت سفارش
تعداد
عنوان محصول
بانک دانلود پایان نامه رسا تسیس