Vibrational energy transfer via modulated impacts for percussive drilling

• Autorzy: Wiercigroch M. , Krivtsov A. M. , Wojewoda J.

Warianty tytułu

PL

Transfer energii drgań poprzez modulowanie uderzeń w wierceniu udarowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, a new method of vibrational energy transfer from high- frequency low-amplitude to low-frequency high-amplitude mechanical vibrations is proposed and investigated, for the purpose of percussive drilling. The mechanism uses an impact loading comprised of two frequencies forming a beat which excites a structure tuned to the beat-frequency. This concept has been modelled and experimentally verified. It is postulated that the efficiency of this technique is strongly dependent on the strength of nonlinearity in the system. The vibrational energy transfer is significantly reduced for superharmonic responses of the system. Practical applications of this mechanism can been seen as new generation percussive drilling tools.

PL

W niniejszej pracy zaproponowano i pokazano wyniki nowego sposobu transferu energii z obszaru drgań o wysokich częstościach i małych amplitudach w obszar niskich częstości i dużych amplitud. Badania przeprowadzone były pod kątem zastosowań w wierceniu udarowym. Mechanizm działania wykorzystuje obciążenie uderzeniami modulowane kombinacją dwu częstości tworzących obwiednię w kształcie dudnienia o strukturze dostrojonej do częstości uderzeń. Pokazano opracowany model i wyniki jego weryfikacji eksperymentalnej. Wydaje się, że wydajność tej techniki jest mocno zależna od siły nieliniowości w układzie. Transfer energii drgań jest mocno zmniejszony dla superharmonicznych odpowiedzi układu. Możliwe jest praktyczne zastosowanie tego mechanizmu w nowej generacji wierteł udarowych.

Słowa kluczowe

EN

vibration; energy transfer; impacts

PL

drgania; przenoszenie energii; uderzenie

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 46 nr 3
• Strony: 715--726
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Wiercigroch M.

autor

Krivtsov A. M.

autor

Wojewoda J.

• University of Aberdeen, Centre for Applied Dynamics Research, Aberdeen, Scotland, UK,

Bibliografia

• 1. Anderson T.J., Nayfeh A.H., Balachandran B., 1996, Coupling between high-frequency modes and a low-frequency mode: Theory and experiment, Nonlinear Dynamics, 11, 1, 17-36
• 2. Krivtsov A.M., Wiercigroch M., 1999, Dry friction model of percussive drilling, Meccanica, 34, 6, 425-434
• 3. Natsiavas S., 1998, Stability of piecewise linear oscillators with viscous and dry friction damping, Journal of Sound and Vibration, 217, 3, 507-522
• 4. Natsiavas S., 1990, Stability and bifurcation-analysis for oscillators with motion limiting constraints, Journal of Sound and Vibration, 141, 1, 97-102
• 5. Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M., 2003a, Modelling of vibro-impact system driven by beat frequency, International Journal of Mechanical Sciences, 45, 4, 623-641
• 6. Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M., 2003b, Periodic solutions finder for an impact system with a drift, Journal of Sound and Vibration, 267, 4, 893-911
• 7. Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M., 2004, Analytical drift reconstruction for an impact system operating in periodic and chaotic regimes, Chaos, Solitons and Fractals, 19, 1, 151-161
• 8. Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M., Grebogi C., 2001, Modelling of an impact oscillator with a drift, Physical Review E, 64, 056224
• 9. Pavlovskaia E.E., Wiercigroch M., Woo K.-C., Rodger A.A., 2003, Modelling of a vibro-impact ground moling system by an impact oscillator with a frictional slider, Meccanica, 38, 1, 85-97
• 10. Peterka F., Vacik J., 1992, Transition to chaotic motion in mechanical systems with impacts, Journal of Sound and Vibration, 154, 1, 95-115
• 11. Tabaddor M., Nayfeh A.H., 1997, An experimental investigation of multimode responses in a cantilever beam, Journal of Vibration and Acoustics-Transactions of the ASME, 119, 4, 532-538
• 12. Wiercigroch M., 1999, Enhanced Resonance Drilling Report from CMPT Research, Grant No. PMF008/CMPT Pathfinder
• 13. Wiercigroch M., Krivtsov A.M., Wojewoda J., 2000, Dynamics of Ultrasonic, In: Applied Nonlinear Dynamics and Chaos of Mechanical Systems with Discontinuities, edit. Wiercigroch M. and Kraker B., World Scientific, 403-444
• 14. Wiercigroch M., Neilson R.D., Player M.A., 1999,Material removal rate prediction for ultrasonic drilling of hard materials using an impact oscillator approach, Physics Letters A, 259, 2, 91-96
• 15. Wiercigroch M., Sin V.T.W., 1998, Experimental study of based excited symmetrically piecewise linear oscillator, Journal of Applied Mechanics, 65, 657-663
• 16. Wiercigroch M., Wojewoda J., Krivtsov A., 2005, Dynamics of percussive drilling of hard rocks, Journal of Sound and Vibration, 280, 3/5, 739-757