Theoretical and experimental modal analysis of the cylinder unit filled with PUR foam

• Autorzy: Pawlowski W. , Kaczmarek L. , Louda P.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2016.3.15

Warianty tytułu

PL

Teoretyczna i eksperymentalna analiza modalna zespołu bębna wciągarki wypełnionego pianką poliuretanową

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper the dynamic properties of the cylinder unit as a part of the theatre scenography lifting mechanism have been investigated. The noise and vibration problem of the cylinder unit when lifting loads turned out to be the crucial limit in application of the whole mechanism for lifting scenography elements on a theatre stage. The construction of the mechanism was examined and the main source of noise was identified as the cylinder unit. Theoretical modal analysis confirmed that thesis. Experimental modal analyses of the hollow cylinder unit as well as the cylinder with the PUR foam filling were performed. The results showed significant improvement of the dynamic properties due to the vibration amplitude decrease for the first three vibration modes of the filled cylinder. The research method of modal analysis turned out to be highly efficient in dynamic properties determination in the industrial practice. The method of improving the dynamic properties of the mechanical construction by filling closed regions with PUR foam is of a great importance for industrial application and seems to be economically effective.

PL

W artykule przedstawiono badania dynamicznych właściwości zespołu bębna wciągarki służącej do podnoszenia scenografii teatralnej. Problem nadmiernego hałasu i drgań wciągarki podczas podnoszenia elementów scenografii okazał się istotnym problem użytkowym ograniczającym możliwości zastosowania urządzenia w teatrze. Przeprowadzono analizę konstrukcji mechanizmu wciągarki i wskazano zespół bębna jako źródło nadmiernego hałasu. Tę tezę potwierdzono przeprowadzając teoretyczną analizę modalną zespołu bębna. W części doświadczalnej badań przeprowadzono analizę modalną oryginalnego, pustego zespołu bębna a następnie zespołu wypełnionego pianka poliuretanową. Otrzymano wyniki badań doświadczalnych, na podstawie których dokonano obserwacji, że amplituda pierwszych trzech postaci drgań swobodnych analizowanego zespołu została znacznie obniżona, co skutkuje znaczną redukcją hałasu generowanego przez bęben wypełniony pianką poliuretanową. Analiza modalna okazała się wysoce przydatna w praktyce przemysłowej w celu określania dynamicznych właściwości urządzenia mechanicznego. Na podstawie wyników przeprowadzonych badań modalnych sformułowano wniosek, że metoda wypełniania zamkniętych obszarów konstrukcji mechanicznych pianką poliuretanową w celu poprawienia właściwości dynamicznych urządzenia może być szeroko wykorzystana w praktyce przemysłowej ze względu na wysoką skuteczność oraz ważny aspekt ekonomiczny w postaci niskiej ceny takiego rozwiązania.

Słowa kluczowe

EN

dynamic properties; noise and vibration; theoretical and experimental modal analysis; PUR foam

PL

właściwości dynamiczne; hałas i drgania; teoretyczna i eksperymentalna analiza modalna; pianka poliuretanowa

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 18, no. 3
• Strony: 428--435
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pawlowski W.

• Institute of Machine Tools and Production Engineering Lodz University of Technology ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Lodz, Poland

autor

Kaczmarek L.

• Institute of Material Science and Engineering Lodz University of Technology ul. Stefanowskiego 1/15, 90-924 Lodz, Poland

autor

Louda P.

• Institute for Nanomaterials, Advanced Technologies and Innovation Technical University of Liberec Bendlova 1407/7, 461-17 Liberec 1, Czech Republic

Bibliografia

• 1. Chomette, B., and Carrou, J-L., Operational Modal Analysis Applied to the Concert Harp. Mechanical Systems and Signal Processing 2015: 81-91, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2014.10.011.
• 2. Brecher, Ch., Baumler, S., and Guralnik, A. Experimental Modal Analysis Using a Tracking Interferometer. CIRP Annals – Manufacturing Technology 2014: 345-348.
• 3. Ebrahimi, R., Esfahanian, M., and Ziaei-Rad, S. Vibration Modeling and Modification of Cutting Platform in a Harvest Combine by Means of Operational Modal Analysis (OMA). Measurement 2013: 3959-3967, http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2013.07.037.
• 4. Ewins, D.J. Modal Testing: Theory and Practice. Research Studies Press, 2nd edition, UK, 2000.
• 5. Gagnol, V., Le, T.P., and Ray, P. Modal Identification of Spindle-tool Unit in High-speed Machining. Mechanical Systems and Signal Processing 2011: 238-239, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2011.02.019.
• 6. He, J., and Fu, Z., Modal Analysis. Butterworth-Heinemann, 2001.
• 7. Li, B., Cai, H., Mao, X., Huang, J., and Luo, B., Estimation of CNC Machine Tool Dynamic Parameters Based on Random Cutting Excitation Through Operational Modal Analysis. International Journal of Machine Tools & Manufacture 2013: 26-40, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2013.04.001.
• 8. Kęcik K., Rusinek R., and Warminski J., Modelling of high-speed milling process with frictional effect. Journal of Muti-body Dynamics, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part K, 2013; 1(1): 3-11, doi:10.1177/1464419312458636.
• 9. Matsuo, M., Yasui, T., Inamura, T., and Matsumura, M. High-speed Test of Thermal Effects for a Machine Tool Structure Based on Modal Analysis. Precision Engineering 1986: 72-78, http://dx.doi.org/10.1016/0141-6359(86)90089-9.
• 10. Nangolo, N.F., Soukup, J., Rychlikova, L., and Skocilas, J. A Combined Numerical and Modal Analysis on Vertical Vibration Response of Railway Vehicle. Procedia Engineering 2014: 310-319, http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2014.12.136.
• 11. Rahmatalla, S., Hudson, K., Liu, Y., and Eun, H.Ch. Finite Element Modal Analysis and Vibration-waveforms in Health Inspection of Old Bridges. Finite Elements in Analysis and Design, 2014: 40-46, http://dx.doi.org/10.1016/j.finel.2013.09.006.
• 12. Rusinek R., Stability criterion for aluminium alloy milling expressed by recurrence plot measures. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B, Journal of Engineering Manufacture 2012; 226 (12): 1976-1985, http://dx.doi.org/10.1177/0954405412462779.
• 13. Uhl T. Komputerowo wspomagana identyfikacja modeli konstrukcji mechanicznych. Warszawa: WNT, 1997.
• 14. Vivo, A., Brutti, C., and Leofanti, J. Modal Shape Identification of Large Structure Exposed to Wind Excitation by Operational Modal Analysis Technique. Mechanical Systems and Signal Processing 2013: 195-206, http://dx.doi.org/10.1016/j.ymssp.2013.03.025.
• 15. Zaghbani, I., and Songmene, V. Estimation of Machine Tool Dynamic Parameters During Machining Operation Through Operational Modal Analysis. International Journal of Machine Tools & Manufacture 2009: 947-957, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2009.06.010.
• 16. Zhang, G.P., Huang, Y.M., Shi, W.H., and Fu, W.P. Predicting Dynamic Behaviours of a Whole Machine Tool Structure Based on Computer-aided Engineering. International Journal of Machine Tools & Manufacture 2003: 699-706, http://dx.doi.org/10.1016/S0890-6955(03)00026-9.
• 17. Product Data. Pocket Front-end, Type 3560 L, PULSE Lite Software, Types 7781, 7782, 7783. Brüel&Kjær, 2005.
• 18. Product Data. DeltaTron® Accelerometers, Types 4514, 4514-001, 4514-002, 4514-004, 4514-B, 4514-B-001, 4514-B-002 and 4514-B-004. Brüel&Kjær, 2006.
• 19. Product Data. Impact Hammers - Types 8206, 8206-001, 8206-002 and 8206-003. Brüel&Kjær, 2006.