مطالعه تحليلي تأثير شل شدگي بر رفتار ارتعاشات غيرخطي اتصالات پيچ و مهره‌اي

Analytical Study on Effect of Loosening on Nonlinear Vibration Behavior of Bolted Joints

در اين تحقيق رفتار ارتعاشات غيرخطي اتصال پيچي تك لبه به صورت تحليلي و تجربي مطالعه شده است. بر اين اساس، در ابتدا با در نظر قرار دادن اثرات رفتار غيرخطي در محل اتصال پيچ، يك مدل غيرخطي دو درجه‌ آزادي براي اين نوع اتصالات ارائه شده است. در ادامه، به منظور تعيين پارامترهاي مجهول مدل ارائه شده، خصوصيات ارتعاشي اين سازه با استفاده از آناليز مودال تجربي و روش بروزرساني مدل، تخمين زده شده است. از فركانس‌هاي طبيعي براي تشكيل تابع هدف بهينه‌سازي بروزرساني مدل استفاده و الگوريتم كرم شب‌تاب براي حل مسئله‌ي بهينه‌سازي، استفاده شده است. در نهايت، تأثير دامنه نيروي تحريك و نيروي پيش بار پيچ‌ها بر رفتار ديناميكي اين سيستم‌ها مطالعه شده است. بررسي منحني‌هاي دامنه-فركانس نشان مي‌دهد كه كاهش نيروي پيش‌بار پيچ‌ها باعث كاهش فركانس طبيعي و همچنين اعوجاج منحني دامنه-فركانس به سمت چپ مي‌شود كه نشان دهنده رفتار غيرخطي نرم‌شونده سيستم با كاهش نيروي اعمالي مي‌باشد. علاوه بر اين، مقايسه مقادير فركانس‌هاي طبيعي تئوري و تجربي نشان مي‌دهد كه مدل چند درجه آزادي ارائه شده با دقت بسيار مناسبي مشخصه‌هاي ارتعاشي اين سيتسم‌ها را پيش‌بيني مي‌كند و با استفاده از اين مدل مي‌توان رفتار ديناميكي اين سيستم‌ها را به ازاي پارامترهاي مختلف مطالعه كرد.

Bolt connections often loosen under environmental loading conditions and system vibrations, which can lead to disaster risks during its operation. In this study, the nonlinear vibration behavior of an aluminum single-lap joint has been studied analytically and experimentally. Accordingly, considering the effects of nonlinear behavior at the bole joint, a nonlinear two-degree of freedom model for this type of connection is proposed. Then, in order to determine the unknown parameters of the proposed model, the vibrational and dynamic properties of this structure have been estimated using experimental modal analysis and model updating method. Finally, the effect of the amplitude of the excitation force and the preload force of the bolts on the dynamic behavior of these systems has been studied analytically. Examination of amplitude-frequency curves shows that reducing the preload force of the bolts reduces the natural frequency and also distorts the amplitude-frequency curve to the left side, which indicates the softening nonlinear behavior of the system with decreasing applied bolt preload force. In addition, the comparison of the theoretical and experimental natural frequencies shows that the proposed model predicts the vibrational characteristics of these systems with good accuracy, and using the proposed model can study the dynamic behavior of these systems for different parameters