تحلیل طراحی و بررسی تجربی کاهش ارتعاش سازه خرپای میرای مرکب فضایی (مقاله ترجمه شده)

چکیدهبه منظور حل و فصل مشکل نقص ابزار فوتوالکتریکی در هنگام بزرگ بودن زیاد پاسخ ارتعاش سازه مرکب (مرکب) خرپا، از روش بکارگیری لایه میرایی مقید ویسکوالاستیک روی دیواره خرپا و پانل جعبه ای برای کاهش ارتعاش کل ساختار بهره گرفته می شود. در این مقاله یک لوله طویل شکسته با لایه میرایی مقید ویسکوالاستیک معرفی می گردد. لوله طویل ساختار اصلی به دو لوله کوتاه همسان شکسته می شود و یک لوله دارای لایه میرایی آزاد به محل اتصال دو لوله کوتاه اضافه می گردد که توسط لوله طویل چسبنده و شکسته متصل می شود. با تحلیل پاسخ فرکانس خرپای فضای سنتی و سازه بار هوافضا و سازه لوله طویل شکسته، نمودار ابری پاسخ شتاب و منحنی پاسخ شتاب گره ثابت اندازه گیری بدست می آید. آزمایشاتی به منظور تعیین و بررسی امکان اجرای سازه انجام شد. نتایج آزمایش نشان می دهد که روش لوله بلند شکسته با لایه میرایی مقید ویسکوالاستیک می تواند تأثیر میرایی بهتری از سازه خرپای سنتی در پی داشته باشد و سطح ارتعاش بار فضایی موجود در انتهای خرپا را به طور موثر کاهش داده و مرجع مهمی برای طراحی کاهش ارتعاش سایر سازه های فضایی باشد.مقدمهبا توسعه فضاپیما از لحاظ بزرگی و پیچیدگی، خرپای فضایی به دلیل پیاده کردن راحت آن، تکنولوژی مناسب، وزن مد و قابلیت تنظیم سازه بر اساس نیازهای خاص کاربرد آن بیش از پیش شده است. علاوه بر این، به عنوان بخش مهمی از ایستگاه فضایی بین المللی نیز محسوب می شود ( به شکل 1 مراجعه کنید). خرپای فضاکار عمدتا از دو جهت مورد استفاده قرار می گیرد. یک برای اتصال تجهیزات اپتوالکترونیک مربوطه در بالای خرپای فضاکار جهت جدا سازی تجهیزات الکترونیک به گونه ای که انترفرنس یا تداخل بین یکدیگر کاهش یابد. دیگری به عنوان سازه پشتیبان جهت پشتیبانی از آنتن های بزرگ کش بستی در پانل های فضاکار و خورشیدی روی ماهواره ها.خرپای فضاکار و بار آن به کمک حامل پرتاب به کار انداخته می شود. محیط ارتعاش آزمایش شده توسط حامل پرتاب عمدتا به محیط ارتعاش تصادفی یا رندوم و محیط ارتعاش با فرکانس پایین تقسیم بندی می شود. ارتعاش تصادفی عمدتا در اثر صدای اگزوز موتور در طی تیک آف، صدای ایرودینامیک در بخش فراصوتی هواپیما و نوسان فشار در محفظه احتراق موتور می باشد. ارتعاش سینوسی با فرکانس پایین عمدتا ناشی از ارتعاش پوگو، استارت موتور، قطع احتراق و جداسازی درون مرحله ای سازه پروژکتیل یا پرتابه می باشد. نوسان آزاد مودال کم اثر ناشی از احتراق ناقص موتور می باشد. نوع محیط ارتعاش کم فرکانس باعث می شود که سازه خرپای فضاکار دچار آسیب شود، اتصال از بین رود، قطعات سازه کج و معوج شوند و عملکرد کاهش یابد. در عین حال، این ارتعاش باعث دقت ابزارهای فوتوالکتریک کاهش یابد، فرسودگی مکانیکی، کوته مداری و مدار باز فورا و همچنین قصور عملکردی حاصل شود. از اینرو، مطالعه ویژگی های ارتعاش و توقف ارتعاش خرپای فضاکار و بار ان الزامی است. مطالعات متعددی در خصوص کاهش ارتعاش سازه های خرپای فضاکار در دست است که این سازه ها عمدتا به دو دسته تقسیم می شوند: میراگر و لایه میرایی. در مطالعات گذشته، دامپرها یا میراگرها براساس سازه خرپای فضاکار طراحی شدند و رابطه بین موقعیت قرارگیری میراگر و تأثیر کنترل میرایی بررسی شد. YM Park و دیگران یک روش کنترلی نیمه فعال با استفاده از دامپرهای اصطکاک خشک جه کاهش ارتعاش ناپایدار سازه خرپای فضاکار پیشنهاد دادند. J Yang و همکاران ویژگی های میرایی و ارتعاش پانل سندویچی خرپای هرمی شکا مرکب الیاف کربن هیبرید واقع در لایه ویسکوالاستیکی موجود در یک پانل را بررسی کردند. تأثیر میرایی لایه میراکننده با شبیه سازی و آزمایش تجزیه و تحلیل شد. C Liu براساس روس انرژی کرنش مودال (MSE) به تجزیه و تحلیل فرکانس بنیادی ارتعاش، ضریب اتلاف و پیک پاسخ رزونانس سازه خرپای مرکب با لایه های مختلف میرایی پرداخت. تأثیر پارامترهای سازه ای . پارامترهای متریالی لایه میرایی بر تأثیر میرایی خرپای مرکب مطالعه گردید. در خرپای فضاکار سنتی، لایه میرایی به صورت مستقیم روی لوله طویل اعمال می شود و تأثیر میرایی به دلیل لوله طویل و سختی زیاد، مناسب نیست. در این مقاله، سازه خرپای سنتی با کمک یک لایه میرایی آزاد روی اتصال لوله کوتاه چندقسمتی ارتقا داده می شود و تیوب رشد توسط لوله کوتاه و چسبنده متصل می شود. لایه میرایی ویسکوالاستیک برای خرپای فضاکار و سازه بار فضاکار جهت کاهش ارتعاش و مطابق با نیازهای واقعی بکار برده می شود. به کمک شبیه سازی و مقایسه آزمایشی، سازه مرکب جدید از لحاظ وزنی مد تر، دارای سختی کمتر و از نظر تأثیر میرایی بهتر است. چنین سیستم کاملی از ارتعاش دوطرفه آزمایشات شبیه سازی دارای اهمیت هدایتی مثبت برای کاربرئ لایه میرایی ویسکوالاستیک در میدان هوا و فضا می باشد.تئوری بنیادی مواد میرایی ویسکوالاستیکچنانچه ماده الاستیک در معرض نیروی خارجی قرار گیرد، کرنش و تنش همزمان افزایش و کاهش میابد، فاز دو اساس یکی است و رابطّ تنش-کرنش به صورت یک خط مستقیم است. ماده میرایی ویسکوالاستیک پس از اعمال نیروی خارجی با ماده الاستیک فرق دارد. کرنش پس از تنش با تأخیر مواجه می شود و زاویه فاز پسماند مغناطیسی طبق شکل2(a) ، α است. رابطه تنش-کرنش یک منحنی طبق شکل 2(b) نشان می دهد.طراحی خرپا و سازه باربرای مدلسازی سازه خرپای فضاکار و بار فضاکار طبق اشکال 3 و 4، کل سازه از دو لوله طویل و قبل و بعد از لوله کوتاه ، بالا و پایین آن دارای پوشش طرفین چپ و راست با فلز روکش شده، قطعات انسدادی اتصالی، چفت و بست، پیچ استاندارد به وزن 15.848 kg و ماده AL7075 ساخته شده است.سازه جعبه بار فضاکار متشکل از یک سازه شبیه ورقه فلزی با سازه سوراخی درون آن می باشد و از یک پیچ برای اتصال سطوح مختلف استفاده نمی شود. علاوه بر هشت وجه سازه جعبه سازه، مرکز سایر سطوح دارای یک شیار مدور به ضخامت 18mm و عمق 2 mm می باشد. این مرکز برای اتصال قطعات، اتصال لوله طویل، لوله کوتاه و اتصال بلوک از طریق اتصال قطعه استفاده می شود.برقراری مدل اِلمان محدودمدل المان محدود با سیستم مختصات دست راست انطباق دارد: o اصلی در خط مرکز صفحه سرپوش پایینی موازی با جهت طول بار فضاکار قرار دارد. جهت سرپوش سمت چپ به سمت سرپوش راست و محور y به موازات جهت عرض بار فضاکار جهت سرپوش جلو به سمت سرپوش عقب در جهت مثبت محور Z می باشد.با انتخاب سیستم بین المللی واحدها، مش بر کل بخش اتوماتیک به صورت دستی تقسیم می شود، المان های مش سه ضلعی و المان های چهارضلعی و بلوک های اتصالی و رابط ها طبق شکل 5 به مش حجم تفکیک می شود.آزمایش مودالآزمایش مودال سازه خرپا و بار انجام می گیرد و سازه خرپا روی میز ارتعاش ثابت می شود. مرز مقید سازه خرپای شبیه سازی شده در شکل 10 نشان داده شده است. طرح اولیه گره آزمایش با مجموع 38 گره اندازه گیری در شکل 11 نشان داده شده است. از روش برانگیختگی برای برانگیختگی استفاده می شود.حداقل فرکانس الاستیک وسایل چفت و بست مورد استفاده برای تکیه گاه از حداکثر فرکانس تحلیل سازه نمونه خیلی بیشتر است. به طور کل، تشخیص مرز مقید یازه های کوچک و متوسط کار راحتی است اما تشخیص مرز مقید سازه های بزرگ کار دشواری است. کیفیت سازه خرپا در این مقاله 15.85 kg، فرکانس تحلیل 200 Hz، میز ارتعاش 4500 kg و فرکانس همنوای دسته اول 2200 Hz است که الزامات مرز مقید سازه خرپا را تأمین کند.تحلیل پاسخ فرکانس سازه بار فضاکار و خرپای فضاکاربراساس مد روبش فرکانس سینوسی مرحله پذیرش، پاسخ سینوسی خرپای فضاکار و سازه بار پرواز هوایی در سه جهت تحلیل می شود و نمودار ابری پاسخ شتاب انتگرال بدست آمد. برای تعیین کمی بزرگی پاسخ شتاب در یک موقعیت خاص در سازه بار فضاکار، در این مقاله گره های سرپوش جلو، سرپوش سمت چپ و سرپوش بالای خرپای فضاکار و سازه بار فضاکار برای تحلیل انتخاب شدند و منحنی پاسخ شتاب گره های اندازه گیری ثابت درست می شوند. مکان و تعداد گره های آزمایش در شکل 13 نشان داده شده است.آزمایش ارتعاش خرپای فضاکارآزمایش ارتعاش آزمایشی است به منظور ارزیابی مقاومت ارتعاش یک مولفه واحد یا کل سازه دستگاهدر حمل و نقل از پیش تعیین شده و محیط سرویس. پارامترهای اصلی آزمایش ارتعاش عبارتند از دامنه، سرعت و شتاب. دو نوع مد ارتعاش وجود دارد: یک مد که ارتعاش سینوسی است و مد دیگر که ارتعاش رندوم است. آزمایش ارتعاش سینوسی غالبا در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع آزمایش ارتعاش سازه تحت عمل برانگیختگی سینوسی می باشد. ارتعاش سینوسی را می توان به ارتعاش روبشی و ارتعاش فرکانس ثابت تقسیم کرد. آزمایش ارتعاش رندوم در واقع یک نوع ارتعاش ناپایدار است که به ارتعاش ثابت و غیرثابت تقسیم می شود.نتیجه گیریدر این مقاله، یک خرپای فضاکار به همراه لوله طویل شکسته و سازه بار هوافضای آن معرفی می گردد و طراحی جذب ارتعاش با استفاده از لایه میرای ویسکوالاستیک انجام می گیرد. به منظور دستیابی به ویژگی های دینامیک سازه آنالیز مودال المان محدود و آزمایش مودال از طریق تعیین مودال المان محدود و مودال آزمایش، درجه مشابه بیشتر است. مقادیر MACدسته دوم مورد آخر حدود 0.9 است. مدل المان محدود قابل قبول است. پس، آنالیز پاسخ فرکانس المان محدود مدل اصلی و مدل جدید انجام می گیرد و منحنی شتاب در یک گره اندازه گیری و نمودار ابری پاسخ دو سازه تحلیل می شوند. نتایج نشان می دهد که تأثیر جذب ارتعاش سازه جدید با لوله طویل شکسته آشکار است. براساس وضعیت واقعی ارتعاش، نتایج آزمایش نشان می دهد که سازه جدید شکست لوله طویل و اعمال لایه میرایی مقید در لولا دارای تأثیر آشکار بر کاهش ارتعاش بار فضاکار دارد. امکان پذیری سازه جدید تأیید می شود. علاوه بر این، با آنالیز داده های آزمایش ارتعاش، تأثیر میرایی لایه میرایی ویسکوالاستیک بر سازه خرپای فضاکار و بار هوافضا با دقت و ادراک بیشتر مورد ارزیابی قرار می گیرد. این موضوع از اهمیت بالایی در کاربرد مواد میرای ویسکوالاستیک در سازه های خرپای فضاکار و فضاپیمای مشابه برخوردار است.این مقاله ISI در سال 2018 در نشریه سیج و در مجله پیشرفت در مهندسی مکانیک، توسط موسسه اتوماسیون شن یانگ منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله تحلیل طراحی و بررسی تجربی کاهش ارتعاش سازه خرپای میرای مرکب فضایی در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.