Application of the finite element method in dynamic analysis of steel frame foundations for rotary machines

• Autorzy: Klasztorny M. , Grosel J.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody elementów skończonych w analizie dynamicznej stalowych fundamentów ramowych pod maszyny obrotowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper, stedy-state vibrations of the steel frame foundation-rotary machine system are considered. The supporting structure is an orthogonal spatial frame, consisting of thin walled bars of open contours. The machine, supported with the viscoelastic spatial elements, may produce several centrifugal forces shifted in phase. The study aims at developing the approximate vibration theory, useful in practice, as well as at formulating a computer algorithm for the dynamic analysis of the systems undertaken. The first and second order theory for an open thin walled bar has been develeoped via the introduction of the bar displacements relative to the elastic axis of the bar, all components of the external bar loads and other aspects. The second order loads are derived in a unified and slightly different way compared to the references. In the equilibrium equations the Poisson effect is consequently taken into account. For the frame structure the finite element method has been applied, with a partly new thin walled bar finite element used in the algorithm. A realistic numerical example is included.

PL

W pracy rozpatruje się drgania ustalone stalowego fundamentu ramowego pod grupę maszyn obrotowych. Konstrukcja wsporcza jest ortogonalną ramą przestrzenną, złożoną z cienkościennych prętów o profilu otwartym. Maszyna, podparta za pomocą przestrzennych elementów lepkosprężystych, wywołuje powstawanie sił niewyważenia obrotowego, które mogą być przesunięte w fazie. Celem pracy jest sformuowanie technicznej teorii drgań, a także opracowanie komputerowego algorytmu analizy dynamicznej takich układów. Teoria I i II rzędu dla prętów cienkościennych o profilu otwartym została rozwinięta m.in. przez operowanie stanem przemieszczenia odniesionym do osi sprężystej pręta oraz wszystkimi składowymi obciążeń zewnętrznych. Obciążenia drugiego rzędu wyznaczono w jednolity sposób, częściowo różniący się od dotychczasowych ujęć literaturowych. W równaniach równowagi uwzględniono efekt Poissona. Do dyskretyzacji struktury prętowej zastosowano metodę elementów skończonych, z częściowo nowym cienkościennym elementem prętowym. W pracy zamieszczono przykład liczbowy odniesiony do realnego układu.

Słowa kluczowe

PL

metoda elementów skończonych; analiza dynamiczna; fundament stalowy; fundament ramowy; maszyna obrotowa; teoria drgań

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 1998
• Tom: Vol. 44, nr 4
• Strony: 391--427
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., il.

Twórcy

autor

Klasztorny M.

• Warsaw University of Technology, Institute of Mechanics and Design

autor

Grosel J.

• Wrocław University of Technology, Institute of Civil Engineering

Bibliografia

• 1. W.Z. VLASOW, Thin walled elastic bars [in Russin], Grosstrojizdat, Moscow-Leningrad 1940.
• 2. J. RUTECKI, Thin walled structures. Strength calculations [in Polish ], PWN, Warszawa 1966.
• 3. A. GJELSVIK, The theory of thin-walled bars, J. Wiley & Sons, New York 1981.
• 4. N.W. MURRAY, Introduction to the theory of thin-walled structures, Engng. Sci. Series, Oxford 1984.
• 5. Z. CYWIŃSKI, Technical theory for non-prismatic thin walled bars of complex open cross-sections [in Polish], Sci. Papers of Gdańsk Univ. Technol. No 134, Series: Building Engng., No XVIII.
• 6. K. CZAPLIŃSKI, The warping angle and the equilibrium of bimoments in the rigid joint of a particular type [in Polish], Archives of Civil Engineering, 16, 2, 301-313, 1970.
• 7. J.K. SZMIDT, On equilibrium of the moments in a thin walled frame node [in Polish], Engineering Transactions, 23, 2, 317-324, 1975.
• 8. J.K. SZMIDT, Analysis of thin walled bar frames [in Polish], Engng. Trans., 23, 3, 447-472, 1975.
• 9. Z. CYWIŃSKI, Bimoment distribution method for thin walled beams, Part 1, Der Stahlbau, 4, 106-113, 1978.
• 10. Z. CYWIŃSKI, Bimoment distribution method for thin walled beams, Part 2, Der Stahlbau, 5, 152-157, 1978.
• 11. Cz. KŁOŚ and J. LIPIŃSKI, Foundations for machines [in Polish], Arkady, Warszawa 1959.
• 12. J. LIPIŃSKI, Foundations for machines [in Polish], Arkady, Warszawa 1985.
• 13. J. LIPIŃSKI, Examples of designing foundations for machines [in Polish], PPP, No 97, BISTYP, Warszawa 1969.
• 14. A. MAJOR, Dynamics in civil engineering, Vol.3, Acad. Kiado Budapest & Collet's Holdings Ltd., London-Budapest 1980.
• 15. R.S. BARSOUM and R.H. GALLAGHER, Finite element analysis of torsional and torsional-flexural stability problems, Int. J. Numer. Meth. Engng., 2, 335-352, 1970.
• 16. CH. MEI, Coupled vibrations of thin-walled beams of an open section using the finite element method, Int. J. Mech. Sci., 12, 883-891, 1970.
• 17. G. POWELL and R. KLINGER, Elastic lateral buckling of steel beams, ASCE J. Structural Div., 96, ST9, pp. 1919-1932, 1970.
• 18. X. CHEN and K.K. TAMMA, Dynamic response of elastic thin-walled structures influenced by coupling effects, Computers & Structures, 51, 1, pp. 91-105, 1994.
• 19. J. GROSEL, Dynamics of orthogonal thin walled bar structures modelling frame foundations for rotary machines [in Polish], PhD Thesis, Institute of Civil Engng., Technical Univ. of Wrocław, Wrocław 1995.
• 20. J. LANGER, D. BRYJA, Spatial free vibrations of a suspension bridge [in Polish], Archives of Civil Engineering, 24, 3, pp. 303-316, 1978.
• 21. J. GROSEL, The influence of selected parameters on vibrations of the steel frame foundation for the turboset [in Polish], XLII Konf. Nauk. KILiW PAN i KN PZITB, Krynica 1996.
• 22. K. LUTEK, Vibroisolation of technological machines, particularly of machine tools cutting off metals, supported with viscoelastic washers [in Polish], Publ. House of Lublin University of Technology, Lublin 1995.