Modellrepülő 3D nyomtatott PLA szárnyának kísérleti modális analízise
Az utóbbi időben a 3D nyomtatással előállított alkatrészek egyre fontosabb szerepet töltenek be a mérnöki gyakorlatban. Ennek a technológiának a fejlődésével egyre bonyolultabb geometriák, komplexebb gépelemek gyárthatók. A technológia újdonsága miatt az így készült alkatrészek mechanikai tulajdonságai még kevéssé ismertek, ezért bizalmatlanság is tapasztalható alkalmazásukkal kapcsolatban. Ez indokolja témaválasztásunkat és egy esettanulmány elkészítését.
A dolgozat egy politejsavból (PLA) készült 3D nyomtatott modell szárnydarab gyártásának és modális analízisének ismertetésével foglalkozik. Megvizsgáljuk a gyártási technológia hatását a modális paraméterekre, azon belül is elsősorban a csillapításra. A linearizált dinamikai modell rezgéstani paramétereit becsültük analitikus számítással, majd pontosítottuk végeselemes szimulációval, mindezeket pedig összevetettük a laboratóriumi kísérleti modális analízis eredményeivel.
A 3D nyomtatás hatásainak vizsgálatához egyszerű próbatesteket készítettünk különböző technológiákkal, majd az ezeken végzett mérésekből kapott eredményeket használtuk fel az összetettebb geometriájú szárny vizsgálatához.
Analitikus számítással az egyes lengéstípusok első sajátfrekvenciáit tudtuk becsülni. A végeselemes szimulációkkal további sajátfrekvenciákat is meghatároztunk. A kísérletekhez gyorsulásérzékelőket és modális kalapácsot használtunk, a mérési eredményeket MATLABban dolgoztuk fel. A kapott átviteli függvényekből a sajátfrekvenciákat és csillapításokat illesztéssel határoztuk meg. A mérések és szimulációk során az is kiderült, hogy több sajátfrekvencia egymáshoz közel helyezkedik el. Ezen pontok kiértékelését az átviteli függvény adott szakaszára két szabadságfokú rendszert illesztve lehet elvégezni. A mérések során létrehoztunk egy részletes modális hálót, hogy kimérhessük a lengésképeket is. Ezek jól összevethetőek voltak a végeselemes szimuláció animált eredményeivel.
A különböző próbatestek esetén kapott csillapítási tényezőket összevetettük a szárnyprofiléval, és ezeket az irodalomban megszokott fémekre és más polimerekre érvényes értékekkel. A szárny legyártása után megállapítottuk, hogy a CAD és CAM rendszer által számított tömeg és a legyártott szárny tömege három különböző érték. Ennek az eredményekre gyakorolt hatását is vizsgáltuk.
[1] Ewins, D.J. (1991) Modal Testing, Theory, Practice, and Application (Mechanical Engineering Research Studies: Engineering Dynamics Series), 2nd Edition, Research Studies Press.
[2] Norton, M.P. (1989) Fundamentals of noise and vibration analysis for engineers, Cambridge University Press.
[3] Ludvig Gy. (1973) Gépek dinamikája, Műszaki Könyvkiadó
[4] NACA 6412 szárnyprofil (2017), http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca6412-il
szerzők
-
Fejér András
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Fülöp Péter
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Hu Jia Lin
Gépészmérnöki alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Dr. Stépán Gábor
egyetemi tanár, Műszaki Mechanikai Tanszék -
Dr. Bachrathy Dániel
docens, Műszaki Mechanikai Tanszék