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   tej  harmonicznej u Jk (t)  = Ą e '3 . «( «' + «V,  (3.21) więc  amplitudę  okreś la  wyraż enie A?j  =   ] / [ R e 7^ ) ] ' 2 + [ I m ( u J V) ] 2  (3.22) a  przesunię cie  fazowe  zależ ność <9?*  =   arctgtI m (M , t)/ R e(^)] +    M e AH AJI H 3  BBIH Y> K£ EH H bIX  KOJIEEAH H H   K O JI E t M AT O rO  BAJIA  H 3 BO3,n,yiIIH BIM   BH H T O M   I I P H   ITOM OmH   M ETOflA  KOH E ^H BI X 3JI EM EH TOB B  pa6oTe  npeflcraBJieH a  MeToAHKa  aH am o a  H 3ni6H o- Kpyrarn.H Bix  KoneSamnł   KOJieirqaToro  BaJia n o pu m eBo ro  HBHraTejiH   ii3  Bo3flyinm>iM   BH H TOM .  JJaH aM imecKan  Moflejit  CHdeMfai  onpefleneH a MeToflOM   KOHeiiHbix  3JieiweHT0B  npHMeHHa:  o^HOiwepHyio flH CKpeTH 3aijino c  HcnoJiraoBaHHeM   fle