ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان با در نظر گرفتن نیروی کریولیس

در این مقاله به بررسی ارتعاشات آزاد غیرخطی عرضی-پیچشی تیرهای چرخان پرداخته می شود. معادلات ارائه شده بر مبنای فرمولاسیون دقیق هندسی بوده که بر اساس تئوری کوزرات برای میله ها استخراج گردیده اند. با صرفنظر از اثر تغییرشکل برشی، دو معادله عرضی و پیچشی برای تیرهای مستطیلی متقارن بدست می آید. این معادلات با یکدیگر کوپل بوده و دارای شرط های مرزی غیرهمگن نیز می باشند.  با اعمال روش مستقیم مقیاس های چندگانه رابطه ضریب غیرخطی موثر در فرکانس های طبیعی غیرخطی استخراج می گردد. سپس با مقایسه نتایج فرکانس غیرخطی با نتایج موجود در مقالات دیگر نتایج حاضر تایید می گردند. پس از آن به بررسی تاثیر سرعت چرخش بر علامت و مقدار ضریب غیرخطی موثر در فرکانس های طبیعی پرداخته می شود. علامت ضریب غیرخطی موثر نوع نرم شوندگی و سخت شوندگی فرکانس طبیعی غیرخطی را نشان می دهد. مشاهده میگردد که با در نظر نگرفتن کوپل پیچش و خمش ناشی از نیروی کریولیس با وجود آنکه در مودهای فرد حرکت عرضی علامت ضریب غیرخطی موثر یکسانی پیش بینی می گردد اما مقدار ضریب غیرخطی موثر متفاوت حاصل می شود. از طرف دیگر در مودهای زوج عرضی و در سرعت بالا علاوه بر مقدار ضریب غیرخطی موثر، علامت ضریب غیرخطی موثر نیز متفاوت پیش بینی می گردد.

Nonlinear Flapping-Torsional Free Vibration Analysis of Rotating Beams Considering the Coriolis Force

The nonlinear free flappingtorsional vibration of rotating beams is investigated in this paper. The presented equations are based on the exact geometrical formulation in conjunction with the Cosserat theory for rods. The equations of motion are reduced to the flapping and torsional equations of motion for symmetric rectangular beams by neglecting the shear deformation. The governing equations are coupled to each other with the nonhomogenous boundary conditions. By employing the direct method of multiple scales the effective nonlinearity coefficients of nonlinear natural frequencies are extracted. After validation of the current results, the effects of the rotating speed on the type and the value of the effective nonlinearity coefficient of natural frequencies are examined. The sign of the effective nonlinearity coefficient demonstrates the softening or hardening treatment of the corresponding nonlinear natural frequencies. It is concluded that ignoring the flappingtorsional coupling due to the Coriolis force, for odd modes makes some errors in the magnitude of effective nonlinearity but the type of nonlinearity is predicted correctly. On the other hand, in the even modes for average to high rotation speed in addition to incorrect estimation of the magnitude of effective nonlinearity the different type of nonlinearity is also predicted.