بررسی ارتعاش جانبی مته در فرآیند سوراخکاری بتن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه شهید بهشتی، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، استادیار دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی

چکیده

مته‌ها در صنایع کاربردهای متعددی دارند. یکی از کاربردهای آنها در فرایند سوراخ‌کاری بتن (کرگیری یا مغزه‌گیری[i]) است که می‌توان آن را به صورت یک سیستم روتور سرآویز[ii] روتور-دیسک مدل‌سازی کرد. در این مقاله ارتعاش جانبی یک مته سوراخ‌کاری بتن، که به صورت یک سیستم سرآویز روتور-دیسک تحت تأثیر نیروی محوری مدل‌سازی شده است، مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای این منظور ابتدا معادلات حاکم بر ارتعاش جانبی سیستم و شرایط مرزی آن با استفاده از اصل همیلتون استخراج می‌شود. سپس معادلات حاکم با استفاده از روش مودهای فرضی حل شده و دو فرکانس طبیعی اول ارتعاش جانبی سیستم به روش تحلیلی محاسبه می‌شوند. در ادامه اثر تغییر پارامترهای اصلی سیستم همانند سرعت دورانی مته، قطر مته و مقدار نیروی محوری، بر مقدار فرکانس‌های طبیعی مورد مطالعه قرار می‌گیرد و نتایج به صورت نمودارهایی ارائه می‌شوند. نتایج حاصل نشان می‌دهد پارامترهای اصلی سیستم همانند طول مته، قطر مته، نیروی محوری و سرعت دورانی تأثیر قابل توجهی روی مقدار فرکانس طبیعی سیستم دارد. با توجه به اینکه فرکانس طبیعی سیستم به صورت نیمه تحلیلی استخراج شده است، نتایج می‌تواند مورد استفاده مهندسان طراح، برای بهینه‌سازی اینگونه سیستم‌ها قرار گیرد.



[i]. Concrete core drilling


[ii]. Overhung

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigating the lateral vibration of the drill in the concrete drilling process

چکیده [English]

Drills have many applications in industry. One of the applications of drills is in the process of converting which can be modeled as a rotor-disk overhung system. In this paper, the lateral vibration of a concrete drill is studied. For this purpose, first, the governing equations the lateral vibration of the system and its boundary conditions are derived using the Hamilton principle. The governing equations are then solved using the Assumed mode method and the first two natural frequencies of the lateral vibration of the system are calculated by the analytical method. In the following, the effect of changing the main parameters of the system, such as the rotational speed of the drill, the diameter of the drill, and the axial force on the natural frequencies is studied and the results are presented in the form of graphs. The results show that the main parameters of the system, such as axial force and rotational speed, have a significant effect on the value of the system's natural frequencies. The results can be used by design engineers to optimize such systems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Drill
  • Concrete drilling
  • Overhung rotor
  • Lateral vibrations
  • natural frequency
[1] Azeez, Mohammed F. Abdul, and Alexander F. Vakakis, "Numerical and experimental analysis of a continuous overhung rotor undergoing vibro-impacts", International journal of non-linear mechanics, 1999, Vol.34, no.3, pp.415-435.
[2] Adewusi, S. A., and B. O. Al-Bedoor, "Experimental study on the vibration of an overhung rotor with a propagating transverse crack", Shock and Vibration, 2002, Vol.9, no.3, pp.91-104.
[3] Qin, Weiyang, Guanrong Chen, and Guang Meng, "Nonlinear responses of a rub-impact overhung rotor", Chaos, Solitons & Fractals, 2004, Vol.19, no.5, pp.1161-1172.
[4] Yim, K. B., and Bong-Jo Ryu, "Effect of load torque on the stability of overhung rotors," Journal of mechanical science and technology, 2011, Vol.25, no.3, pp.589-595.
[5] Yim, Kyung Bin, and John Yim, "Dynamic behavior of overhung rotors subjected to axial forces," International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, 2012, Vol.13, no.9, pp.1575-1580.
[6] Zilli, Andrea, Robin J. Williams, and David J. Ewins, "Nonlinear dynamics of a simplified model of an overhung rotor subjected to intermittent annular rubs," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2015, Vol.137, no.6.
[7] Tiaki, M. Moradi, S. A. A. Hosseini, and M. Zamanian, "Nonlinear forced vibrations analysis of overhung rotors with unbalanced disk", Archive of Applied Mechanics, 2016, Vol.86, no.5, pp.797-817.
[8] Fu, Chao, Xingmin Ren, Yongfeng Yang, and Weiyang Qin, "Dynamic response analysis of an overhung rotor with interval uncertainties", Nonlinear Dynamics, 2017, Vol.89, no.3, pp.2115-2124.
[9] Chipato, Elijah, A. D. Shaw, and M. I. Friswell, "Frictional effects on the nonlinear dynamics of an overhung rotor", Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2019, Vol.78, p.104875.
[10] Chipato, Elijah, A. D. Shaw, and M. I. Friswell, "Effect of gravity-induced asymmetry on the nonlinear vibration of an overhung rotor", Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2018, Vol.62, pp.78-89.
[11] Numanoy, Nitisak, and Jiraphon Srisertpol, "Vibration Reduction of an Overhung Rotor Supported by an Active Magnetic Bearing Using a Decoupling Control System", Machines, 2019, Vol.7,no.4, p.73.
[12] Moradi Tiaki, M., S. A. A. Hosseini, and H. Shaban Ali Nezhad, "Nonlinear free vibrations analysis of overhung rotors under the influence of gravity", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2020, Vol.234, no.2, pp.575-588.