تحلیل دینامیکی و ارتعاشاتی مکانیزم منعطف موقعیت دهی یک درجه آزادی
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1126-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران
2دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه امیرکبیر، تهران، ایران
3Mechanical Engineering Department, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده
امروزه از مکانیزم‌های منعطف در صنایع گوناگون، برای موقعیت‌دهی دقیق در مقیاس نانو و میکرو استفاده می‌شوند. در همین راستا، مدلسازی رفتار دینامیکی این عملگرها از اهمیت بالایی برخوردار است. در این پژوهش، با استفاده از یک روش نیمه‌تحلیلی به بررسی رفتار دینامیکی و ارتعاشاتی یک مکانیزم منعطف یک درجه‌آزادی، با استفاده از تعداد محدودی گره محاسباتی پرداخته می‌شود. سفتی خروجی، سفتی ورودی، ضریب بزرگنمایی و فرکانس‌های طبیعی مکانیزم با استفاده از این روش استخراج شده و سپس برای صحت‌سنجی نتایج، از نرم‌افزار اجزا محدود انسیس استفاده شده است. در نهایت، انحراف نتایج روش نیمه‌تحلیلی از نتایج نرم‌افزار اجزا محدود محاسبه می‌شود. انحراف فرکانس طبیعی اول محاسبه شده از این روش از پاسخ نرم‌افزار اجزا محدود، کمتر از 6 درصد است. از آنجایی که تعداد گره‌های محاسباتی استفاده شده در این روش بسیار کمتر از تعداد گره‌های استفاده شده در نرم‌افزار اجزا محدود است، زمان حل مسأله به صورت قابل توجهی کاهش می‌یابد. بنابراین می‌توان در مواردی نظیر بهینه سازی مکانیزم، طراحی کنترلر و سایر مسائل مربوط به طراحی‌های دینامیکی و ارتعاشاتی استفاده نمود.
کلیدواژه ها
Title
Dynamic and vibration analysis of a one degree of one degree freedom positioning compliant mechanism
Authors
Ali Mojibi, Seyed Mohammad Mirmohammadi, Hamed Ghafarirad, Afshin Taghvaeipour
Abstract
nowadays, compliant mechanisms are used in various industries for precise positioning on the nano and micro scale. In this regard, modeling the dynamic behavior of these operators is of great importance. In this research, using a semi-analytical method, the dynamic and vibrational behavior of a compliant one-degree-of-freedom mechanism is investigated using a limited number of computing nodes. The output stiffness, input stiffness, amplification ratio and natural frequencies of the mechanism were extracted using this method, and then ANSYS finite element software was used to validate the results. Finally, the deviation of the results of the semi-analytical method from the results of the finite element software is calculated. The deviation of the first natural frequency calculated by this method from the finite element software response is less than 6%. Since the number of computing nodes used in this method is much less than the number of nodes used in finite element software, the time to solve the problem is significantly reduced. Therefore, it can be used in cases such as optimization, controller design and other problems related to dynamic and vibration designs.
Keywords
compliant mechanism, analytical modeling, Finite Element Modeling, Natural frequency
مراجع
<p>1. Howell, L. L., Compliant Mechanisms, Wiley, New York,2001</p>
<p>2. Ling, Mingxiang, Junyi Cao, Zhou Jiang, and Jing Lin. "A semi-analytical modeling method for the static and dynamic analysis of complex compliant mechanism." Precision Engineering 52 (2018): 64-72.</p>
<p>3. Paros Jm, Weisbord L. How to design flexure hinges. Mach Des 1965:15:151-6</p>
<p>4. Ling, Mingxiang, Larry L. Howell, Junyi Cao, and Guimin Chen. "Kinetostatic and dynamic modeling of flexurebased compliant mechanisms: a survey." Applied Mechanics Reviews 72, no. 3 (2020).</p>
<p>5. Midha, Ashok, Larry L. Howell, and Tony W. Norton. "Limit positions of compliant mechanisms using the pseudorigid-body model concept." Mechanism and Machine Theory 35, no. 1 (2000): 99-115</p>
<p>6. Ryu, Jae W., Dae-Gab Gweon, and Kee S. Moon. "Optimal design of a flexure hinge based XYφ wafer stage." Precision engineering 21, no. 1 (1997): 18-28.</p>
<p>7. Zhu, Wei, and Xiao Ting Rui. "Modeling of a three degrees of freedom piezo-actuated mechanism." Smart Materials and Structures 26, no. 1 (2016): 015006.</p>
<p>8. Ling, M. X., Howell, L. L., and Cao, J. Y., “A Pseudo-static Model for Dynamic Analysis on Frequency Domain of Distributed Compliant Mechanisms,” ASME J. Mech. Rob., 10(5), p. 051011 (2018).</p>
<p>9. Ling, Mingxiang, Xianmin Zhang, and Junyi Cao. "Extended dynamic stiffness model for analyzing flexure-hinge mechanisms with lumped compliance." Journal of Mechanical Design 144, no. 1 (2022)</p>