Możliwości zastosowania symulacji MES do badania drgań struktur antywibracyjnych 3D

• Autorzy: Kowalski Piotr , Alikowski Adrian

Identyfikatory

DOI

10.54215/BP.2022.11.30.Kowalski

Warianty tytułu

EN

Possibilities of using FEM simulation for vibration testing of 3D antivibration structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki walidacji przykładowego modelu struktury 3D z wykorzystaniem danych eksperymentalnych zebranych podczas badań drgań mechanicznych na stanowisku laboratoryjnym. Przeprowadzone testy miały na celu zbadanie możliwości stworzenia modelu numerycznego struktury 3D za pomocą oprogramowania Femap, który będzie odzwierciedlał jej zachowanie się pod wpływem drgań mechanicznych, a następnie wykorzystanie go do prognozowania wyników kolejnych badań przeprowadzonych na zmodyfikowanych strukturach. Drgania struktury 3D podczas pobudzenia sygnałem testowym rejestrowano za pomocą szybkiej kamery, a następnie analizowano w oprogramowaniu do analizy obrazu MOVIAS Neo. Uzyskane wartości przemieszczeń w punktach pomiarowych badanej struktury posłużyły do walidacji symulacyjnego modelu numerycznego. Dzięki zdefiniowaniu parametrów materiałowych i fizycznych możliwe było stworzenie modelu numerycznego, który następnie przetestowano, a uzyskane wyniki porównano z danymi eksperymentalnymi. W ten sposób potwierdzono, że model numeryczny stworzony w programie Femap nadaje się do prognozowania drgań struktur 3D metodą elementów skończonych.

EN

The article presents the results of validation of an exemplary 3D structure model created in the Femap software with the use of experimental data collected during mechanical vibration tests on a laboratory stand. The conducted tests were aimed at examining the possibility of creating a numerical model of a 3D structure in the Femap software, reflecting the behaviour of a 3D model subjected to mechanical vibrations, and then using it to predict the results of subsequent tests carried out on modified structures. The vibrations of the 3D structure during excitation with the test signal were recorded with a high-speed camera and then analyzed with the image analysis software MOVIAS Neo. The values of displacements at the measurement points of the examined structure were used to validate the numerical simulation model. Using the definition of material and physical parameters, it was possible to create a numerical model, which was then tested, and the obtained results were compared with the experimental data. This confirmed that the numerical model created in the Femap software could be used to predict vibrations of 3D structures using the finite element method.

Słowa kluczowe

PL

struktura 3D; drgania mechaniczne; metoda elementów skończonych

EN

3D structure; mechanical vibrations; finite element method

• Wydawca: Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Bezpieczeństwo Pracy : nauka i praktyka
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 11
• Strony: 20--23
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fot., rys., tab.

Twórcy

autor

Kowalski Piotr

• Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-4066-9967

autor

Alikowski Adrian

• Centralny Instytut Ochrony Pracy - Państwowy Instytut Badawczy

• https://orcid.org/0000-0003-1147-2516

Bibliografia

• [1] DZIEWIT P., JANISZEWSKI J. Ocena jakościowa procesu deformacji regularnych struktur komórkowych wykonanych techniką druku 3D. Mechanik. 2018, 3(91): 250-252.
• [2] MATLACK K.H. i in. Composite 3D-printed metastructures for low-frequency and broadband vibration absorption. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2016, 113(30): 8386-8390.
• [3] AMIRPOUR M. i in. Numerical and experimental study on free vibration of 3D-printed polymeric functionally graded plates. Composite Structures. 2018, 189: 192-205.
• [4] ARRETCHE I., MATLACK K.H. Experimental testing of vibration mitigation in 3D-printed architected metastructures. Journal of Applied Mechanics. 2019, 86(11).
• [5] CAVALAGLI N. i in. Enhanced energy dissipation through 3D printed bottom geometry in Tuned Sloshing Dampers. Journal of Fluids and Structures. 2021, 106: 103377.
• [6] RIEGER N.F. Relationship between finite element analysis and modal analysis. Sound & Vibration. 1986, 20(1): 16-31.
• [7] BHANDARI S., LOPEZ-ANIDO R. Finite element analysis of thermoplastic polymer extrusion 3D printed material for mechanical property prediction. Additive Manufacturing. 2018, (22): 187-196.
• [8] XIAO J., LIU H., DING T. Finite element analysis on the anisotropic behavior of 3D printed concrete under compression and flexure. Additive Manufacturing. 2021, 39: 101712.
• [9] ABBOT D.W. i in. Finite element analysis of 3D printed model via compression tests. Procedia Manufacturing. 2019, 35: 164-173.
• [10] ZARBAKHSH J., IRAVANI A., AMIN-AKHLA GHI Z. Sub-modeling finite element analysis of 3D printed structures. 16th International Conference on Thermal, Mechanical and Multi-Physics Simulation and Experiments in Microelectronics and Microsystems. IEEE, 2015.
• [11] YAN L. i in. Finite element analysis of bone and implant stresses for customized 3D-printed orthopaedic implants in fracture fixation. Medical and Biological Engineering and Computing. 2020, 58(5): 921-931.
• [12] ABUEIDDA D.W. i in. Mechanical properties of 3D printed polymeric Gyroid cellular structures: Experimental and finite element study. Materials and Design. 2019, 165: 107597.
• [13] PETYT M. Introduction to finite element vibration analysis. Cambridge University Press, 2010.
• [14] ZAREIAN JAHROMI S.A. i in. Prediction of the resonant frequency of piezoelectric tube scanners through three-dimensional finite element modeling of a tube assembly. Review of Scientific Instruments. 2008, 79(7): 076104.
• [15] QI W., CAO W. Finite element analysis and experimental studies on the thickness resonance of piezocomposite transducers. Ultrasonic Imaging. 1996, 18(1): 1-9.
• [16] GUO L.-X., TEO E.C. Prediction of the modal characteristics of the human spine at resonant frequency using finite element models. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2005, 219(4): 277-284.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).