بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تلاش شده است به نحوه استخراج خواص دینامیکی مکانیزم رهایش - سپر حرارتی - پرنده مافوق صوتی که دارای 35درجه آزادی - به علت وجود لقی و لغزش در حالت قفل - است، پرداخته شود. پیچیدگی هندسی و سطوح تماس متفاوت از یک سو و وجود پیش بار، در این مکانیزم سبب گردیده این مسئله را به یک مسئله غیر خطی تبدیل نماید. گفتنی است این مکانیزم در حالت قفل، به صورت یک سازه یکپارچه عمل می کند، بااین وجود با افزایش پیش بار،×تعادل استاتیکی اجزاء آن، به دلیل وجود ساچمه ها، تغییر می نماید. در این مقاله به نحوه مدل سازی هندسی و شبکه بندی و چگونگی برطرف نمودن مشکلات ناشی از سطوح تماس این مکانیزم، در نرم افزارANSYS پرداخته شده و همچنین گام هایی که در جهت همگرایی و بهبود نتایج برداشته شده، به تفصیل ارائه گردیده است و در انتها ، نتایج حاصل از این تلاش در قالب پیشنهادات، نمودارها و جداول ارائه شده است.
کلمات کلیدی: غیر خطی؛ سطح تماس؛ تقارن صفحه ای.
.1 مقدمه
مدل سازی مکانیزمهای رهایش و جدایش در رژیم جریانهای مافوق صوت از دغدغه های موجود در صنایع بالا دستی چون هوا فضا قلمداد می شود. وجود اغتشاش ناشی از جدایش و تاثیرگذاری آن بر رفتار دینامیک سازه و ناوبری پرنده ، سبب گردیده در زمینه طراحی و مدل سازی سیستم های رهایش و جدایش اقدامات مناسبی انجام گیرد. مکانیزم ارائه شده در این مقاله مربوط به یک سامانه مافوق صوت می باشد که قادر است سپر حرارتی متصله آن را در برهه از زمان ،در فاز ورود به جو، از پرنده رها نماید.گفتنی است عکس العمل سریع ورفتار بدون شوک آن ، سبب گردیده در دسته بندی مکانیزمهای رهایش بدون شوک قرار گرفته شود.این مکانیزم از دو قلاب تشکیل شده است که توسط یک پیش بار در راستای قلاب ،عمل قفل نمودن دو سطح تماس را فرآهم می نماید.
شایان ذکر است راستای نیرو و شکل قلاب با توجه به الزامات موجود در طرح اتصال، بهینه یابی شده است تا تحت اثر ارتعاش وافزایش بار، مکانیزم آزاد نشود.یکی از دو قلاب توسط یک مفصل با یک درجه آزادی به سپر حرارتی درارتباط بوده و دیگری به مکانیزم قفل متصل شده است.مکانیزم قفل ازخواص و طرح یک اتصال ساچمه با گوه اقتباس گرفته و وجود 8 ساچمه سبب کمتر نمودن تاثیرات تنشهای ناشی از سطوح تماس وتوزیع متقارن نیرو در طرح اتصال شده است.در این مکانیزم از یک بوش جهت محدود نمودن حرکت ساچمه ها و قفل نمودن مکانیرم استفاده شده است.گفتنی است در زمان رهایش با حرکت طولی بوش ، به هر ساچمه چهار درجه - یکی جابجایی و سه تا چرخشی - داده می شود و این امر سبب می گردد مکانیزم پیش بار مربوطه را آزاد نماید وتوسط یک فنر فشاری تعبیه شده در مکانیزم، یکی از دو قلاب در محدوده زمانی بسیار کم - چند میلی ثانیه - با حرکت طولی خویش به سمت قلاب دیگر ،باعث رهایش کامل سپر حرارتی متصله با محصول می شود.
وجود نفوذ ناشی از تماس نقطه ای ساچمه ها به دلیل ماهیت توزیع تنش هرتزتحت اثر تنظیم پیش بار و لقی های موجود در شکل تماس ساچمه ها با سایر سطوح اتصال از یک سو و شکل سطوح اتصال دو قلاب و اثرات امتداد بار محوری ،مسئله را به یک مسئله پیچیده المان محدود1تبدیل نموده است به گونه ای که تغییر شکلهای بزرگ در رفتار قفل نمودن آن مشهود می باشد و سطوح تماس متغییر و متحرک آن به پیچیدگی و غیر خطی آن افزوده است. در این مقاله تلاش شده یک مدل المان محدود مناسب با هدف بکارگیری کمترین شبکه ممکنه در مقابل همگرایی قابل قبول در پارامترهای خروجی ، ارائه شود وسعی گردیده به تمامی دغدغه های موجود در مدل سازی، شبکه بندی و تحلیل به تفصیل پرداخته شود.شکل 1
.2 مدل سازی و شبکه بندی مکانیزم رهایش
با توجه به تقارن صفحه ای - در هندسه و هم در بارگذاری - وهمچنین با هدف بکارگیری از یک شبکه باتعداد المان کمتر ، در این مقاله تلاش شده ، مدل المان محدود را به صورت تقارن محوری توسعه داده شود این خاصیت سبب می گردد اولا مدت زمان حل به طور قابل توجهی کاهش یابد ثانیا از الگوریتم های مناسبی برای شبکه بندی منظم وسازمان یافته استفاده شود.محوریت انتخاب مش برمبنای کمینه نمودن تعداد المان با رویکرد بهرمندی از مش سازمان یافته است و به گونه ای شبکه می بایست طرح ریزی شود که تقارن شبکه نسبت به صفحه تقارن ایجاد گردد.در این مقاله شش گام اساسی در ارزیابی مش وشبکه تولید شده درنظر گرفته شده است:
1. ایجاد سطوح تماس مابین قطعاتی که دارای مرزهای مشترک و اندر کنش بایکدیگرند
2.شبکه بندی مدل و ارزیابی پارامترهای هندسی تاثیر گذارب5،1بدر شبکه ایجاد شده است.
3.تحلیل مودال و کنترل 6 درجه آزادی حرکت صلب سیستم در حالتی که قیود و شرایط مرزی به صورت آزاد فرض شده اند.
4.تکرار بند یک تا 3 برای حصول نتایج قابل قبول در بند
5.ارزیابی شرایط مرزی و شرایط همگرایی در تحلیل پایه و بررسی میزان و توزیع خطای زینکوییچ -زوبِ،ُ
6.بازنگری در گامهای 1 تا 5
برای حصول به نتایج حل قابل قبول ، می بایستی 6 گام بالا بطور دقیق اجرا شود تا منجربه یک مدل ریاضی مناسب برای ارزیابی و مقایسه با نتایج تجربی شود.همانطور که در مقدمه به آن اشاره شد ، به دلیل وجود تنوع در سطوح تماس از حیث نوع و پیچیدگی هندسه ،اجتناب از یک مسئله غیر خطی بّب، دور از ذهن بوده و آنچه که به غیر خطی نمودن این مدل در حین حل می افزاید را نیز می توان به موارد زیر اشاره نمودبَب:
1. بعضی از سطوح تماس ممکن است در ابتدا باز باشند که می تواندسبب حرکت صلب جسم شوند.
2.افزایش نیروها با مقادیر بزرگ نیز سبب کاهش یا عدم در همگرایی در حل می شود.
3.ناپایداری رفتار مواد اثر مستقیم در ناپایداری مسئله دارد.
.4 تغییر شکلهای بزرگ نیز باعث اعوجاج هندسی در شبکه شده که به دلیل افزایش خطا، باعث می شود المان نامعتبر گردد. درهر مسئله المان محدود با توجه به اینکه از چه الگوریتم حلی برای محاسبه مدل ریاضی آن استفاده می شود ضوابطی برای کنترل دقت نتایج خروجی تعیین می شود.در این مقاله با توجه به غیر خطی بودن مدل از دو روش رایج تکرار2ومستقیم3، از روش حل تکرار بهرمند شده است.وبه کمک الگوریتم نیوتن -رافسن بٍب تلاش شده معادلات غیر خطی را حل نماید.دراین روش مشخص نمودن میزان همگرایی از جمله مواردی ایست که می بایستی کاربر متناسب با شرایط حل تعیین نماید. معیارهای همگرایی بکار رفتهمی تواند به دو صورت زیر قابل بررسی می باشد، معیار همگراییبَب مبتنی بر
الف -کنترل نیرو یا ممان های ناپایدار مجاز - نیرو یا ممان کنترل -
ب -کنترل نیرو یا ممان های ناپایدار همراه باجابجایی مجاز - نیرو یا ممان کنترل توام با جابجایی کنترل - موارد بالا را می توان با یکی از موارد زیر مقایسه شود:
· مقایسه با نرم بینهایت که انتظار می رود در هر درجه آزادی مدل فقط یک درجه آن را بررسی شود.
· مقایسه با نرم ٌL که مجموع قدرمطلق مقادیر ناپایدار نیرو یا ممان برای همه درجه آزادیها می باشد.
· مقایسه با نرم ٍL که ریشه دوم مجموع مربعات مقادیر ناپایدار نیرو یا ممان برای همه درجه آزادیها می باشد.
مقدار پیشنهادی تلرانس برای نیرو یا ممان 0,5 درصد و برای جابجایی 5 درصد پیش بینی می شود.در روند همگرایی ممکن است پدیده ای دیگر به نام ناپایداری حل صورت بگیرد که می تواند روند همگرایی را کند و مقدار آن را کاهش دهد به نحوی که ممکن است دست یابی به همگرایی مورد نظر امکان پذیر نباشد.ابزارهای متعددی در نرم افزارهای المان محدود پیش بینی شده است که در صورت وجود ناپایداری حل می تواند مفید واقع شوند.ازجمله ابزارهای مطرح برای تاثیر در همگرایی و برطرف نمودن ناپایداری حل بکار می روند را میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
1.روش گام زمانی به صورت خودکار4
2.روش جستجوی غیرخطی[8] 5
3.روش پایدارسازی غیرخطی×6
4.روش طول کمان7
3.نتیجه گیری
مکانیزم رهایش، دارای یک پیش بار 1,5 کیلو نیوتنی، برای پیشگیری از هرگونه رهایش پیش بینی نشده تحت اثر بارهای خارجی می باشد.لذا برای آنالیز مودال می بایستی ابتدا اثرات بارگذاری حاصل از یک تحلیل استاتیکی را به مجموع شرایط اولیه مدل المان محدود اضافه نمود. معیار همگرایی در شرایط تحلیل استاتیک در محدوده 10 درصد در تنش وان میسزدرنظر گرفته شده است.نحوه همگرایی درشکل - - 2 قابل بررسی است.
