Pasivni dinamički prigušivač vjetrom uzrokovanih vibracija

master's thesis

• Title (english): Passive dynamic damper for wind-induced vibrations
• Author: Hrvoje Štefančić
• Mentor: Marko Jokić (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2016-12-09, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Smanjivanje amplitude vibriranja u rezonanciji postiže se s pridruživanjem sustava pasivnog dinamičkog prigušivača konstrukciji dimnjaka.

Postupku smanjenja amplitude vibriranja pristupa se prethodnim određivanjem parametara konstrukcije pomoću analize formi vibriranja. Primjenom metode modalne analize, pomoću računalnog paketa Abaqus/CAE 6.12-3, izračunavaju vlastite frekvencije pojednostavljenog numeričkog modela.

Za potvrđivanje točnosti numeričkog modela primjenjuje se analitički postupak izračunavanja vlastitih frekvencija prema Euler-Bernoulli-jevoj teoriji poprečnih vibracija grede, nakon čega slijedi izrada numeričkog modela s kojim se najbliže opisuje izvedena konstrukcija industrijskog dimnjaka.

Usporedbom rezultata analize numeričkog modela konstrukcije dimnjaka s rezultatima pojednostavljenog modela potvrđuje se točnost numeričkog modela konstrukcije dimnjaka.

Pomoću vlastitih frekvencija i modalnih masa izračunavaju se modalni koeficijenti krutosti, a potom se, primjenom matričnog zapisa modalnih masa i koeficijenata krutosti, modelira Rayleigh-ovo proporcionalno prigušenje.

Izračunati se parametri kasnije primjenjuju za određivanje karakteristika numeričkog modela industrijskog dimnjaka prilikom analize prisilnih vibracija sustava dimnjaka s prigušivačem.

Uzbuda se, kao i njezino područje djelovanja na konstrukciju, određuje prema europskom standardu kao inercijska sila linearne raspodjele po visini. Zbog pojednostavljivanja određivanja uzbude u računalnom paketu ista se naknadno određuje kao površinsko opterećenje kontinuirane raspodjele s vektorom djelovanja u smjeru jedne osi.

Kao što je na početku poglavlja rečeno, smanjivanje se amplitude vibriranja u rezonanciji postiže s pridruživanjem sustava pasivnog prigušivača konstrukciji dimnjaka. Optimalni se parametri prigušivača određuju kako bi u polovima amplitudno – frekvencijske karakteristike amplitude funkcija povećanja dimnjaka u sustavu s dva SSG bile iste, što se postiže prilagođavanjem vlastite frekvencije prigušivača.

Numeričkom modelu konstrukcije dimnjaka se pridružuje numerički model prigušivača, modeliran kako bi najbliže opisao planirano konstrukcijsko rješenje.

Parametri prigušivača se dodatno prilagođavaju kako bi u amplitudno – frekvencijskoj karakteristici vibracija dimnjaka bio zadovoljen zadani odnos amplituda u polovima.

Prema prilagođenim parametrima prigušivača, njegovoj masi, krutost elastičnog i viskoznosti prigušnog elementa, se izrađuje konstrukcijsko rješenje.

Za izvedeno se rješenje izrađuje proračun s kojim se provjeravaju naprezanja u spojevima konstrukcije.

Primjenom računalnog paketa se, za parametre prigušivača prema konstrukcijskom rješenju, na kraju se izvodi analiza prisilnih vibracija dimnjaka s prigušivačem iz koje se dobivaju amplitudno – frekvencijska karakteristika vrha dimnjaka kao i amplitudno – frekvencijska karakteristika relativnih gibanja između dimnjaka i prigušivača.

Abstract (english)

Reduction of vibration amplitude in resonance is achieved with joining a passive dynamic damper system i.e. tuned mass damper with an industrial chimney.

Vibration amplitude reduction is approached with predetermining the chimney's parameters by analysis of mode shapes. Applying modal analysis methode, by means of computer pacage Abaqus/CAE 6.12-3, natural frequencies of a simplified numerical model are calculated.

Analytical method of calculating natural frequencies, according to Euler – Bernouli theory of traverse beam vibrations, is applied to confirm accuracy of the simplified numerical model, which is followed by development of a numerical model that best descibes the industrial chimney designe.

By comparing results of the numerical model analysis with the simplified model analysis, accuracy of the numerical model of chimney is confirmed.

Using natural frequencies and modal masses modal stiffness is calculated, and then, using matrix format of modal mass and siffness coefficients Rayleigh's proportional damping is modeled. Calculated parameters are later applied for determination of the numerical model of industrial chimney characteristics in a forced vibration analysis of chimney joined by tuned mass damper system.

Excitation, as well as area of its activity on the chimney, is determined according to european standard as inertial force with linear distribution per hight. In order to simplify excitation defining in computer pacage it is subsequently determined as continuos preasure load with vector of action in single axis direction.

Optimal damper parameters are determined in oreder to make amplitudes of poles in amplitude – frequency chracteristic of the chimney the same, which is achieved by adjusting natural frequency of the damper.

Chimney's numerical model is then joined by numerical model of damper modeled to describe planned damper designe the nearest.

The damper's parameters are further adapted in order to achieve previously set pole amplitude ratio.

The solution designe is than made according to the damper's parameters, such as mass, stifness and viscosity.

For implemented designe a calculation is carried out in order to determine stress in construction joints.

By means of computer pacage final analysis of forced vibarions was conducted, for the numerical model with parameters according to the designed solutin, resulting amplitude – frequeny characteristics of the chimney top as well as relative motions between the chimney and the damper is performed.

• Keywords: poprečne vibracije; vlastita frekvencija; prisilne vibracije; modalna analiza; modalna masa i koeficijent krutosti; proporcionalno prigušenje; numerička analiza; numerički model; odvajanje vrtloga; dinamičko prigušenje; antirezonancija; optimalni parametri pasivnog dinamičkog prigušivača; kompleksna ravnina; amplitudno – frekvencijska karakteristika; relativna gibanja; spiralna opruga; hidraulički cilindar
• Keywords (english): traverse vibrations; natural frequency; forced vibrations; modal analysis; modal mass and stifness coefficient; proportional damping; numerical analysis; numerical model; vortex shedding; dynamical damping; antiresonance; optimal parameter of passive tuned mass damper; coplex plane; amplitude – frequency characteristics; relative motion; coil spring; hydraulic cylinder
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:284340
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-05-22 17:57:01