Ghostscript wrapper for D:\Digitalizacja\MTS87_t25_z1_4_PDF_artykuly\01mts87_t25_zeszyt1_2.pdf M ECH AN IKA TEORETYCZNA I STOSOWANA 1/ 2, 25, 1987 ANALIZA WYMUS ZONYCH DRGAŃ WAŁU KORBOWEGO ZE Ś MIGŁEM PRZY ZASTOSOWANIU METODY ELEMENTÓW S KOŃ CZONYCH Z BIG N IEW D Ż YG AD ŁO WIESŁAW SOBIERAJ P IOTR ZALEWSKI W ojskowa Akademia T echniczna 1. Wstę p P rzeprowadzają c analizę drgań wymuszonych wał u korbowego z czteroł opatowym ś migł em (rys. 1) lotniczego silnika gwiazdowego, przy zastosowaniu metody elementów skoń czonych, rozpatrywan y ukł ad rzeczywisty odwzorowano w postaci jego modelu fizycznego skł adają cego się z elementów beflcowych i elementów wał u, wirują cych ze Rys. 1 10 Mech. Teorct. i S tos. 1—2/ 87 146 Z . D Ż YG AD ŁO i inni stał ą prę dkoś cią ką tową Q. W rozważ aniach pom in ię to wpł yw ruch u sam olotu n a wymu- szone drgania rozpatrywanego ukł adu z uwagi n a to, że czę stoś ci ruchu sam olotu są niż sze od rozpatrywanego zakresu czę stoś ci drgań wymuszonych. Przyję ty model uwzglę dnia odkształ calność ukł adu, którego poszczególne elementy podlegają zginaniu w dwóch wzajemnie prostopadł ych do siebie pł aszczyznach oraz skrę caniu wokół osi sprę ż ystoś ci elementów. Wykorzystano przemieszczeniową wersję metody elementów skoń czonych przy zał oż eniu jednowymiarowej dyskretyzacji rozpatrywanego ukł adu. U wzglę dniając wł aś ciwoś ci konstrukcyjne rzeczywistych wał ów korbowych, przyję to liniową zmianę parametrów geometrycznych, masowych i sztywnoś ciowych w belkowych elementach skoń czonych oraz stał e parametry w elementach skoń czonych wał ów. Jednocześ nie zał o- ż ono moż liwość skokowych zmian param etrów konstrukcyjnych n a brzegach elementów. D ział ają ce n a wał korbowy obcią ż enia wymuszają ce został y okreś lone poprzez rozł oż enie w szereg harmoniczny wyznaczonych doś wiadczalnie obcią ż eń promieniowych (R m i R g ) i stycznych (T g ) pochodzą cych od sił gazodynamicznych dział ają cych n a wał korbowy lotniczego silnika tł okowego. 2. Zależ noś ci wyjś ciowe Rozpatrując deformacje elementu belki (rys. 2) i wał u (rys. 3) w ich lokalnych ukł adach współ rzę dnych Oxyz, zwią zanych z ich nieodkształ coną osią sprę ż ystoś ci przyję to, że wystę pują mał e odkształ cenia sprę ż yste oW zginania w dwóch wzajemnie prostopadł ych do siebie pł aszczyznach (przemieszczenia — u, w — dla belki; u, v — dla wał u) i skrę cania (c>) wokół osi sprę ż ystoś ci. P on adto, belka może być wstę pnie zwichrzona (skrę cona) konstrukcyjnie o kąt 6(y). Cał kowite odkształ cenie wzdł uż ne dowolnego wł ókna belki lub wał u w wybranym przekroju okreś lonym przez jego lokalny ukł ad współ rzę dnych gł ównych O p £rjC (ukł ad współ rzę dnych zwią zany z gł ównymi osiami bezwł adnoś ci prze- Z,w Rys. 2 Rys. 3 D RGAN IA WAŁ U KORBOWEGO 147 kroju i odkształ coną osią sprę ż ystoś ci) m oż na wyznaczyć okreś lając przemieszczenie ś rodka sztywnoś ci i obrót nieodkształ calnego przekroju. Wykorzystując zależ noś ci przed- stawione w [1], [2] i [3], cał kowite odkształ cenie wzdł uż ne dowolnego wł ókna w wybra- nym przekroju okreś lono n astę pują co: dla wał u — £ w = e e - $u"- rjv" (2.1) dla belki • — B b = 6 c - |( M "c o s6> - w"sin 6> ) - f( w"sin 0+ n ' "c o s0) + (f 2 + C 2 ) 0 V (2.2) gdzie przez ( ) ' i ( ) " ozn aczon o pierwszą i drugą pochodną wzglę dem współ rzę dnej osi sprę ż ystoś ci. Wystę pują ce w powyż szych wzorach odkształ cenie jest odkształ ceniem rozcią gają cym od znanej sił y S, n atom iast (2. 4) jest zredukowanym prom ien iem bezwł adnoś ci czynnego sprę ż yś cie przekroju — A. D ysponując okreś lonymi w postaci zwią zków (2.1) lub (2.2) odkształ ceniami wał u lub belki, m oż na wykorzystując proporcjon aln ość naprę ż eń i odlształ ceń a = Ee gdzie E—jest m oduł em sprę ż ystoś ci Youn ga wyznaczyć m om enty sprę ż yste — M ( , M n , M t w lokalnym ukł adzie współ rzę dnych prze- krojów. U wzglę dniając zaś zwią zki pomię dzy lokalnym ukł adem współ rzę dnych gł ównych rozpatrywanych przekrojów wyznaczono m om enty sprę ż yste w lokalnych ukł adach współ rzę dnych elementu belki lub wał u — Oxyz. D la wał u: = EĄ v" = EJ„u" (2.5) M z w = GJ 0
cos0),
q)
h