نشریه صوت و ارتعاش
پیاپی 6 (پاییز و زمستان 1393)

دسته موتورها در سامانه هم بندی موتور وسایل نقلیه با هدف به حداقل رساندن ارتعاشات منتقل شده از موتور به بدنه و در نتیجه راحتی بیشتر سرنشینان مورد استفاده قرار می گیرد. در راستای بهبود خواص دینامیکی دسته موتورها، دسته موتورهای هیدرولیکی معرفی شده اند. تحقیقات انجام شده در این حوزه در سه بخش دسته موتورهای غیرفعال، شبه فعال و فعال تقسیم بندی می گردد. در حوزه دسته موتورهای غیرفعال تحقیقات عمدتا متمرکز بر ارائه طراحی های جدید، مدل سازی های خطی و غیرخطی و بهینه سازی طرح ها است. در حوزه شبه فعال و فعال با هدف برطرف نمودن اشکالات دسته موتورهای غیرفعال، طراحی های مختلف به همراه الگوریتم های متنوع کنترلی موضوع کار پژوهشگران این حوزه است. در این مقاله به تحقیقات انجام شده در مورد دسته موتورهای هیدرولیکی، کاربرد و روند تکمیل و توسعه آنها پرداخته می شود.

بررسی ارتعاشات اجسام دوار در دهه های اخیر مورد توجه کارشناسان علوم سازه ای بوده که یکی از این اجسام، پره های روتور بالگرد می باشد. به دلیل تاثیر بسزای پره ها، بر کارایی و عملکرد بالگرد در این مقاله سعی شده است که چگونگی تست و آنالیز این پره ها از لحاظ ارتعاشی توصیف گردد. در این راستا انواع آزمایش های بالانسی (وزن کشی، تست ریسمان و تست تراز) و ارتعاشی (استاتیکی و دینامیکی) بررسی شده و در ادامه نیز دیاگرام اسپک پره های فلزی و کامپوزیتی بالگرد و چگونگی تغییرات آن مورد بررسی قرار گرفت که در نهایت مشخص گردد با توجه به امکان تغییر و کنترل سختی پره های کامپوزیتی، این نوع پره ها جهت طراحی در بالگردها بسیار مناسب می باشند.

پدیده های فیزیکی مانند امواج فراصوتی، مایکروویو، الکترومغناطیس و گرمایی هرکدام براساس ذات درونی خود بر برخی و یا تمامی مواد اعم از فلزی و غیر فلزی اثرات متنوعی دارند. تحقیق در مورد اثر هرکدام از انواع این پدیده ها امروزه یکی از پربحث ترین زمینه های تحقیقاتی می باشد. در این بین مشاهده شده است که ارتعاشات فراصوت اثرات مفیدی مانند کاهش نیروهای شکل دهی و ماشینکاری در جهت تسهیل فرایند های ساخت قطعات دارد. بیشتر تحقیقاتی که در این زمینه انجام گرفته است بر روی اثر اعمال ارتعاشات فراصوت بر رفتار تنش-کرنش ماده می باشد و در این زمینه کمتر به پدیده های فیزیکی و متالورژیکی موثر در این مشاهدات پرداخته شده است. در این مقاله به عوامل اثرگذار ارتعاشات فراصوت بر رفتار متالورژیکی مواد پرداخته شده است و اثر و احتمال بروز هرکدام از پدیده ها در شرایط و فرایندهای مختلف حین اعمال ارتعاشات مورد بررسی قرار گرفته است. از جمله مهمترین تاثیرات ارتعاشات فراصوت بر رفتار متالورژیکی ماده می توان به افزایش سرعت رشد دانه ها، کاهش میزان نابجایی ها، کاهش چرخش شبکه های کریستالی، کاهش تشکیل ریزمرزها و ریزدانه ها و افزایش میزان بازیابی و تبلور مجدد ماده اشاره کرد. امواج فراصوتی در مواضع ناهمگونی و ناپیوستگی ایجاد حرارت موضعی می نماید و به همین دلیل در مواضعی که به صورت عادی نابجایی ها قفل می شوند، به علت وجود حرارت موضعی، امکان حرکت و نفوذ نابجایی ها از کریستالی به کریستال دیگر و از دانه ای به دانه ی دیگر امکان پذیر می گردد و با ادغام نابجایی های دو قطبی با یکدیگر، از میزان نابجایی ها کاسته می شود.

پل های قوسی بنایی به تعداد زیادی در شبکه خطوط راه آهن کشور موجود می باشند که عمر بیشتر آنها بیش از هفتاد سال است. در سال های اخیر نه تنها تقاضای باربری این خطوط افزایش یافته است بلکه استفاده از قطارهای سریع السیر در شبکه راه آهن کشور به یک مسئله مهم تبدیل گشته است. به دلیل پیچیدگی موجود در مدل سازی اینگونه پل ها، انجام آزمایش های دینامیکی ضروری می باشد. آزمایش دینامیکی پل اکبرآباد که در کیلومتر 24 راه آهن تهران-قم قرار دارد مشخصات مهمی نظیر فرکانس، شتاب و تغییرمکان قائم پل تحت اثر حرکت قطار با سرعت های مختلف را به نمایش گذاشت. با توجه به اهمیت مسئله و همچنین بدست آوردن مشخصات دینامیکی پل، نیاز به یک مدل دقیق از پل تحت اثر نیروهای دینامیکی می باشد. به همین منظور با توجه به اطلاعات بدست آمده از این پل، یک مدل اجزاء محدود تهیه گردیده است. در این مدل سازی مشخصات هندسی پل مطابق با نقشه مدل سازی شده و با توجه به رفتار دو بعدی سازه تحت اثر بارهای قائم، از تحلیل کرنش مسطح استفاده گردیده است. به منظور به هنگام کردن مدل، فرکانس طبیعی مدل بعنوان معیار کالیبراسیون انتخاب شده است. پس از انجام کالیبراسیون با در نظر گرفتن بار قطار به صورت هارمونیکی پاسخ پل در حوزه فرکانس تحت بار دینامیکی قطار مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که پاسخ پل کاملا به محدوده فرکانسی بار قطار وابستگی دارد.

طراحی تکیه گاه های ماشین های دوار در کاربردهای گوناگون به منظور کاهش نیروی انتقالی به پایه از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. در این مقاله ایده جدیدی به منظور طراحی بهینه پارامترهای تکیه گاه روتور بر مبنای کمینه نیروی انتقالی به فونداسیون ارائه شده است. ابتدا روابط دینامیکی حاکم بر روتور جفکات سوار شده بر روی تکیه گاه های انعطاف پذیراستخراج شده و پارامترهای بهینه تکیه گاه به صورت تحلیلی بدست آورده شده اند. ایده تعیین پارامترهای بهینه براساس طراحی جاذب تکیه گاه ها و استخراج معادلات حاکم بر رفتار روتور با توجه به پاسخ سیستم به تغییرات میرایی بیان شده است. سپس با توجه به پیچیدگی معادلات و حجیم بودن روابط تحلیلی، الگوریتم عددی به منظور تعیین پارامترهای بهینه برای طراحی هر مدل پیچیده ای از روتور با هر تعداد درجه آزادی ارائه شده است. در ادامه شبیه سازی برای مدل روتور جفکات سوار شده بر روی تکیه گاه های انعطاف پذیرانجام شده و پاسخ های سیستم با پارامترهای بهینه و معمولی مورد بررسی قرار گرفته اند. از نتایج شبیه سازی، تاثیر پارامترهای بهینه جاذب بر روی کاهش قابل مقدار نیروی انتقالی به فونداسیون قابل مشاهده است که از این ایده می توان برای طراحی تکیه گاه های سیستم های مختلف مکانیکی نیز استفاده نمود.

تیلر یک تراکتور دستی چند منظوره است که برای شخم زدن زمین و فعالیتهای دیگر کشاورزی استفاده می شود. کاربران تیلر در معرض مواجهه با ارتعاش و عوارض ناشی از آن قرار دارند هدف از این مطالعه ارزیابی مواجهه با ارتعاش در کاربران تیلر می باشد. در این مطالعه 40 کاربر تیلر مورد بررسی قرار گرفتند و پارامترهای مربوط به ارتعاش دست و بازو و کل بدن در حالتها و جهت های مختلف کاری اندازه گیری و با میزان مجاز مقایسه شد. اندازه گیری ها بر اساس استاندارد ISO 5349 و ISO 2631 و با استفاده از ارتعاش سنج پاسخ انسان B$K مدل 2512 انجام شد میزان مواجهه با ارتعاش دست و بازو در 3 حالت شخم زدن، انتقال و درجا کار کردن تیلر به ترتیب برابر 16.95، 14.16 و 8.65 2m/s می باشد. میزان مواجهه با ارتعاش در جهت x نسبت به جهت y و z بیشتر بود. میانگین فاکتور قله کمتر از 6 و بیشترین مقدار دوز ارتعاش در حالت شخم زدن زمین با دنده 2 (60.76 m/s1.75) و دنده 1(56.83 m/s1.75) محاسبه شد. در این شرایط میزان مواجهه با ارتعاش کل بدن بیش از میزان مجاز بوده و ریسک بروز اختلالات ناشی از آن وجود دارد.. بر اساس نتایج این مطالعه زمان مجاز کاری در حد چند ثانیه بوده و ریسک بروز اختلالات اسکلتی عضلانی وجود دارد. این مطالعه بر نیاز برای مداخله و اتخاذ تدابیر کنترلی و مدیریتی جهت حذف و کاهش ارتعاش تاکید دارد.

یکی از مهم ترین حرکت های نامطلوب در خودروها که مهندسین همواره در صدد حذف یا به حداقل رساندن آن بوده اند، پیچش حول محور طولی خودرو یا اصطلاحا Roll می باشد. وظیفه جلوگیری از به وجود آمدن این حرکت بر عهده میل موج گیر (Anti Roll bar) است که یکی از بخش های مهم و پرکاربرد سیستم های تعلیق نیمه مستقل و مستقل به شمار می آید. پارامترهای طراحی میل موج گیر از جمله هندسه، جنس و... با پیشرفت فناوری و در اثر سیر تکاملی خودروها، دستخوش تغییراتی گردیده اند که با استفاده از روش های تحلیلی نوین می توان اثرات این تغییرات را روی عملکرد این قطعه مشاهده نمود. باتوجه به پیچیدگی های هندسی این قطعه و اثر مستقیمی که بر مشخصات خوش فرمانی خودرو دارد، دقیق ترین و سریع ترین راه برای این تجزیه و تحلیل ها، استفاده از روش المان محدود (FEM) می باشد. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار ANSYS به مدل سازی میل موج گیر خودروی سواری پراید پرداخته می شود و سپس بررسی تاثیر تغییر دو پارامتر (جنس میل موج گیر و کشسانی اتصالات آن) بر پنج فرکانس طبیعی پیچشی اول که توسط آنالیز مودال تعیین می گردند و حداکثر جابجایی دو انتهای میل موج گیر که توسط آنالیز هارمونیک مشخص می گردند، انجام می شود. در نهایت از طریق بررسی تغییرات حداکثر جابجایی دو انتها، تاثیر این پارامترها بر سختی پیچشی نیز نتیجه گرفته می شود.

در این مقاله طیف زمانی و طیف فرکانسی صدای یاتاقان های یک جعبه دنده هلیکال با یاتاقان های لغزشی، درحالت پایدار، استخراج و با طیف های به دست آمده از آنالیز ارتعاشات مقایسه شده است. برای این منظور به جای استفاده از تجهیزات خاص آنالیز صوت، توسط یک میکروفن متصل به یاتاقان و دستگاه ضبط صدا، صدای هر یاتاقان ضبط شده و سیگنال صوتی دیجیتال، توسط یک برنامه محاسباتی، پردازش می شود. به منظور محاسبه سرعت ارتعاشات در یاتاقان ها، سطح فشارصوت، اندازه گیری شده و سرعت ذره متناظر با آن محاسبه می شود. سیگنال ارتعاشی دستگاه، توسط یک دستگاه شتاب سنج نمونه برداری شده و توسط آنالایزر ارتعاشات تحلیل می گردد. با مقایسه طیف فرکانسی ارتعاشی هر یاتاقان و طیف فرکانسی صدای آن، مشاهده می شود که هر دو طیف، شکل یکسان دارند و حداکثر دامنه در هر دو طیف، درفرکانس درگیری چرخ دنده ها رخ می دهد و سرعت ذره، به سرعت ارتعاشات بسیار نزدیک است. همچنین مشاهده می شود که درمورد عیوب سایش در دندانه و نامیزانی جرمی هردو طیف، علائم یکسانی بروز می دهند. بنابراین با پردازش سیگنال صوت، می توان پایش وضعیت و عیب یابی جعبه دنده ها را با هزینه کمتر انجام داد.

خطای انتقال ایستایی یکی از مهمترین عوامل بروز ارتعاش و صدا در سیستم های چرخدنده ای است. کاهش میزان اختلاف ماکزیمم و مینیمم این پارامتر می تواند تاثیر زیادی در کاهش ارتعاش سیستم داشته باشد. از آنجایی که چرخدنده های مخروطی نیز از این قاعده مستثنی نیستند لزوم بررسی و بهبود عملکرد این جزء مکانیکی بیش از پیش نمایان است. چرخدنده مخروطی دندانه مستقیم را می توان با چند چرخدنده ساده مجازی معادل نمود و تحلیل های دینامیکی را بر روی آن تقریب زد. در این پژوهش یک جفت چرخدنده مخروطی دندانه مستقیم با سه جفت چرخدنده ساده جایگزین، مدل شده است. مدل های مورد بحث پس از طراحی هندسی مورد تحلیل اجزای محدود قرار می گیرند. اصلاح بهینه ی پروفیل دندانه در سر و ریشه به کمک الگوریتم ژنتیک که با تحلیل اجزای محدود کوپل شده است مورد بررسی قرار گرفته است. به کمک روش اصلاح پروفیل دندانه تغییرات دامنه خطای انتقال ایستایی که منجر به بروز ارتعاش در سیستم می شود تا 60 درصد کاهش یافته است. این امر کمک می کند تا دستیابی به یک چرخدنده با سر و صدای کمتر آسان شود.

در این تحقیق فرآیند بالانس دینامیکی یک محور انعطاف پذیر به کمک کاربرد همزمان روش مودال N+2 صفحه ای، ضرایب تاثیر و اجزای محدود تشریح شده است. محور مورد نظر یک محور طویل بوده که با سرعت بالا (8000 دور بر دقیقه) می چرخد و فرض صلب بودن در آن معتبر نیست. پس از ایجاد مدل اجزای محدود محور و با فرض وجود اثر جاذبه و نیروهای اینرسی منتجه از سرعت دورانی بالا، نامیزانی در آن ایجاد می گردد. اثر کیفی نامیزانی به صورت یک تابع ریاضی تعریف و به صورت کمی بیان شده است. سپس با استفاده از نرم افزار اجزا محدود تحلیل های کوپله سازه ای و مودال انجام می شود تا سرعت های دورانی بحرانی، نیروهای تکیه گاهی و حداکثر دامنه های ارتعاشی محورتعیین شوند. سپس عمل بالانس دینامیکی به شیوه ی اجزا محدود و با روش مودال N+2 صفحه ای مبتنی بر سعی و خطا همراه با تعیین یک تابع هدف جهت انتخاب بهینه ترین حالت و روش محاسباتی ضرایب تاثیر جهت مقایسه و صحت سنجی انجام می پذیرد. نتایج نشان می دهند که با استفاده از روش های مذکور می توان تغییر شکل های ارتعاشی را کنترل کرده، نیروهای تکیه گاهی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و ورود به وضعیت ناپایداری را تا سرعت های دورانی بالاتر از سرعت کارکرد محور به تعویق انداخت و اثرات مخرب انعطاف پذیری محور را از محدوده ی سرعت کارکرد دور کرد.

در محیط زیر آب مناسب ترین ابزار انتقال اطلاعات، امواج اکوستیکی است. مسافتی که سیگنال های اکوستیکی درون آب طی می کنند به دو عامل فرکانس و توان بستگی دارد، به گونه ای که هرچه فرکانس کمتر و توان بیشتر باشد، سیگنال مسافت بیشتری طی خواهد کرد. در این مقاله، نخست روش های متنوع افزایش برد سیگنال اکوستیکی زیر آب، مبتنی بر افزایش توان تقویت کننده های صوتی، با ذکر معایب و مزایای هر یک بررسی می شود. سپس با توجه به اینکه تقویت کننده های صوتی جهت ارسال سیگنال اکوستیکی بایستی به مبدل[i] متصل شوند و لذا تطبیق امپدانس مناسب به خصوص به صورت پهن باند بین تقویت کننده و مبدل از اهمیت قابل توجهی برخودار است، روش های گوناگون تطبیق امپدانس به اجمال مورد بحث قرار می گیرد و در پایان تمامی روش های مطرح شده جمع بندی می شوند.