Simulation Studies of Mechanical Systems with Non-Linear Parameters of the Structure for Operating and Construction Needs

• Autorzy: Gardulski J.

Warianty tytułu

PL

Badania symulacyjne układów mechanicznych o nieliniowych parametrach struktury dla potrzeb konstrukcji i eksploatacji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper an approach towards modelling of a non-linear system with parameters changing with lifetime Θ on the base of its elements identification is presented. The approach confines "adjusting" of the model to simple verification, a very useful tool for operating - oriented design and further diagnostics purposes. The fundamental difference between the proposed algorithm and the one commonly used consists in the fact that identification of structural parameters of the given system is based on partial experiments just after the structure itself has been determined. As exemplary mechanical system an independent suspension system of a passenger car (McPherson columns at the front, dragged rocker arms at the rear) undergoing kinematic harmonic, random, impulse and jump excitation from road was chosen for examinations. The worked-out discrete mathematical model was identified during its formulation by experimental investigations of non-linear structural parameters. The model was thoroughly examined by simulations in the MATLAB environment with SIMULINK interactive package with making use of 34 realisation blocks. The identification of the structure was carried out by investigating visco-elastic properties of the suspension elements. For this purpose, a specially designed test stand was used. Verification of the model was made by means of correlation methods where results of the simulations were compared with the experimental ones. The experiments were done on real objects (passenger cars) subjected to kinematic impulse excitation. Vertical vibration acceleration of the car body was measured. A specially built analogue-digital measurement system with capacity transducer of the acceleration was used in the experiments. The obtained in the verification high correlation coefficients (R²xy> 0.9) indicate a good agreement between the model and the object, so the additional verification of the structural parameters turned out to be unnecessary. The model is sensitive to changes of ten non-linear disturbances in the system and enables transforming of the vibration acceleration spectra into parameters of the state. This proves that the assumed method was right. The identification of the structural parameters during formulation of the model enables creating a non-linear model being adequate to the object of examinations, and proves to be a convenient tool in design process as well as in the vibroacoustic diagnostics, and makes it possible to create a system of automatic diagnosing.

PL

W pracy przedstawiono opracowaną metodykę budowy modelu dynamicznego układu nieliniowego o parametrach zależnych od czasu życia Θ na podstawie dokładnej identyfikacji jego elementów z ograniczeniem jego późniejszego "dostrajania" do prostej weryfikacji, który byłby użytecznym narzędziem przy projektowaniu eksploatacyjnie zorientowanym i w późniejszej diagnostyce szczegółowej. Podstawowa różnica pomiędzy zaproponowanym algorytmen i powszechnie stosowanym polega na tym, że po ustaleniu struktury modelu, zastosowano identyfikację parametrów struktury w oparciu o eksperymenty częściowe. Jako przykładowy obiekt mechaniczny przyjęto niezależne zawieszenie samochodu osobowego (przód - kolumny McPhersona, tył - wahacze wleczone), poddane wymuszeniom kinematycznym od nierówności drogi : harmonicznym, losowym, impulsowym i skokowym. Opracowany dyskretny model matematyczny identyfikowany był w trakcie jego tworzenie poprzez badania eksperymentalne nieliniowych parametrów jego struktury. Model poddano badaniom symulacyjnym wykonywanym przy wykorzystaniu środowiska MATLAB stosując pakiety do modelowania interaktywnego Simulink, przy wykorzystaniu opracowanych 34 bloków realizacyjnych. Identyfikację parametrów struktury uzyskano przeprowadzając badania własności lepko-sprężystych elementów zawieszeń samochodów osobowych. Do tego celu wykorzystano specjalnie zbudowane stanowiska badawcze. Weryfikację modelu przeprowadzono porównując metodami korelacyjnymi wyniki badań symulacyjnych z wynikami przeprowadzonych badań eksperymentalnych. Eksperymenty wykonano na rzeczywistych obiektach (samochodach osobowych) pobudzanych do drgań wymuszeniem impulsowym. Wielkościami mierzonymi były przyspieszenia drgań pionowych nadwozia. Do badania wymienionych parametrów ruchu w trakcie eksperymentów wykorzystano specjalnie zbudowany układ pomiarowo analogowo-cyfrowy z pojemnościowym przetwornikiem przyspieszeń. Uzyskane w trakcie weryfikacji bardzo wysokie współczynniki korelacji (R²xy > 0.9) wskazują na dobrą zgodność modelu z obiektem - niepotrzebna jest dodatkowa weryfikacja struktury i parametrów. Model jest wrażliwy na zmiany nieliniowego zaburzenia układu i pozwala w pełni na jednoznaczne odwzorowanie obserwowanego widma przyspieszeń drgań w parametry stanu. Wskazuje to, że przyjęta teza pracy była prawdziwa. Identyfikacja parametrów struktury w trakcie tworzenia modelu umożliwia stworzenie nieliniowego modelu strukturalnego dającego dobrą zgodność z obiektem badań i stanowiącego narzędzie nadające się do wykorzystania zarówno w procesie konstruowania, jak i w diagnostyce wibroakustycznej i umożliwia stworzenie automatycznego systemu diagnozowania.

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Machine Dynamics Problems
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. 23, No. 3
• Strony: 7--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 175 poz.

Twórcy

autor

Gardulski J.

• Instytut Transportu Politechniki Śląskiej, ul. Krasińskiego 8, 40-019 Katowice, Poland