Είσοδος

Δυναμική & Ταλαντώσεις Μηχανημάτων και Αξονικών Συστημάτων Πλοίου

Γενικά στοιχεία

 

 
Περιγραφή

 

 Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας ΕΜΠ.

Υποχρεωτικό μάθημα. 7μο εξάμηνο, ώρες = 4 .

Dynamics-Vibrations of Constrained 

Mechanical-Structural Systems

with Applications to Marine and Aero Propulsion Systems 

 Το μαθήμα πραγματεύεται τις βασικές αρχές  της δυναμικής απόκρισης  ναυτικών μηχανολογικών συστημάτων  πρόωσης. Κτίζει γνώσεις με θεμέλιο τις βασικές αρχές μηχανικής-δυναμικής  στερεών σωμάτων και αποσκοπεί στην εμπέδωση τους με εφαρμογές σε πραγματικά ναυτικά συστήματα πρόωσης.

Οι βασικές αρχές είναι η μηχανική-δυναμική μηχανολογικών και κατασκευαστικών  στοιχείων που τελούν υπό μηχανικούς περιορισμούς  προκειμένου να εκτελούν την περιορισμένη κίνηση της Περιστροφής.  Η κύρια κίνηση συστήματος πρόωσης  (σύστημα κινητήρων + αξονικό σύστημα + σύστημα ελίκων) είναι η Περιστροφή περί σχεδόν σταθερό άξονα. 

 Οι Ενότητες Α-Ε περιγράφουν λεπτομερώς το περιεχόμενο του μαθήματος. Τα Παραρτήματα 1-4 παρέχουν τα απαραίτητα εργαλεία για την αυτονομία του μαθήματος. 

 IMG_0057=PROPULSION-SYSTEM.JPG

 

Ύλη

Α-Μηχανική-Δυναμική

μηχανολογικών-κατασκευαστικών  

συστημάτων  με περιορισμούς κίνησης  

Το Εκκρεμές: έκκεντρο ταλαντούμενο-περιστρεφόμενο σύστημα, περιορισμός κίνησης-κεντρομόλος δύναμη; ευστάθεια-αστάθεια στατικής ισορροπίας, διακλάδωση στατικής ισορροπίας, περιστροφική κίνηση-δυναμική ως αστάθεια  στατικής ισορροπίας. Ο Δίσκος: συμμετρικό περιστρεφόμενο σύστημα, συμμετρία-απαλοιφή κεντρομόλων δυνάμεων,  συνεχές ουδέτερων καταστάσεων στατικής ισορροπίας. Ο Εκκεντρος Δίσκος-Εκκρεμές. Περιορισμοί κίνησης, φύση δυνάμεων περιορισμών-αδρανειακές δυνάμεις, εκκεντρότητα ως αντίσταση περιστροφής. Αναλυτική Μηχανική: Δυνατή μετατόπιση, αρχή δυνατών έργων, Εξισώσεις Euler-Lagrange. Το Διπλό Εκκρεμές: Σύνθετο έκκεντρο σύστημα με σύνθετες κινήσεις και εσωτερικές αδρανειακές δυνάμεις. Το Περιορισμένο Διπλό Εκκρεμές: μετασχηματιστής δύναμης σε ροπή και ροπής  σε δύναμη, βασικός μηχανισμός εμβολοφόρων κινητήρων.  Δίσκος-Διπλό Εκκρεμές. Δίσκος-Περιορισμένο Διπλό Εκκρεμές.

Δίσκος-Ταλαντωτής, περιστρεφόμενο σύστημα με δυναμική εκκεντρότητα, κρισιμη γωνιακή ταχύτητα, συντονισμός.

Παλμική Δύναμη: αποθήκευση ενέργειας σε μεταφερόμενη μάζα και περιστρεφόμενο δίσκο. Γιατί ο μηχανισμός Μάζα+Έκκεντρος Δίσκος αποθηκεύει ως κινητική ενέργεια το έργο παλμικής δύναμης που επιδρά στην Μάζα.

 Μηχανισμός: Έμβολο-Διωστήρας-Έκκεντρος Δίσκος. Εξισώση Κίνησης (ΕΚ), ο ρόλος της  μη γραμμικής γεωμετρίας του μηχανισμού στην λειτουργία του ως μηχανικός μετασχηματιστής  κίνησης και δύναμης.  Υπολογισμός δυνάμεων αντίδρασης στους περιορισμούς κίνησης (στηρίγματα) των μερών του μηχανισμού.

 

Β-Μηχανική-Δυναμική  Συστήματων Πρόωσης.

Βασικά συστήματα και εφαρμογές.

1-Κινητήρες*Βασικοί μηχανισμοί μετατροπής κίνησης και δύναμης  *Δυναμική μονο-κύλινδρου κινητήρα  * Δυναμική πολυ-κύλινδρων κινητήρων.

2-¶ξονες*  Στρεπτικές, καμπτικές & αξονικές ταλαντώσεις  διακτριτών και συνεχών αξόνων *Συντονισμός & αστοχίες   * Απόσβεση & έλεγχος ταλαντώσεων   *Αντοχή & κόπωση.

3-Αξονικά Συστήματα* Στρεπτικές ταλαντώσεις σύνθετου αξονικού  συστήματος * Εδρανα* Μειωτήρες. 

4-Ατελές Αξονικό Σύστημα *Ζυγοστάθμιση  *Ευθυγράμμιση  * Ρωγμές 

 

 Γ-Μέτρηση κίνησης αξονικού συστήματος

 Ανάρτηση μετρήσεων στα "έγγραφα".

ergastiriaki-askisi-ekfonisi-yliko-2018.pdf

 οδηγίες

Παράδοση. 1-2-2019.  

 

  Δ-Ταλαντώσεις  Πολύπλοκων Αξονικών Συστημάτων.  Αναλυτικός υπολογισμός  των φυσικών ταλαντώσεων (ιδιομορφές και ιδιοσυχνήτες) των στοιχειωδών συνεχών συστημάτων: (1) Δίσκος-ελαστικός άξονας-Δίσκος (ταλαντώσεις στρέψης),  (2) Μάζα-ελαστική ράβδος-Μάζα (ταλαντώσεις επιμήκυνσης ), (3) Μάζα-ελαστική δοκός σε ελαστικά έδρανα-Μάζα (ταλαντώσεις κάμψης).

Εξαναγκασμένες κινήσεις και συντονισμός. Έλεγχος και απόσβεση ταλαντώσεων συντονισμού.

Το πολύπλοκο Συστήμα: Δίσκος-ελαστικός στροφαλοφόρος  άξονας-Δίσκος. Η γεωμετρία των στροφάλων (εκκεντρότητα) επιφέρει σύζευξη αξονικών-στρεπτικών-καμπτικών ταλαντώσεων. Έδρανα στήριξης. Διακριτό μοντέλο  περιστροφικής  κίνησης και υπολογισμός στρεπτικών ταλαντώσεων. 

 

Ε-Δυναμική Πολύπλοκων Μηχανολογικών Συστημάτων. Έδρανα και μειωτήρες ως στοιχειώδη πολύπλοκα δυναμικά συστήματα. Εγγενείς δυνάμεις τριβής, επαφής και κρούσης (μηχανισμοί ελέγχου κίνησης: πέδη και συμπλέκτης, και φύση μηχανολογικών βλαβών). Μοντέλα δυναμικής απόκρισης. Θερμο-ελαστικότητα.  Θόρυβος-Βλάβες.Απώλεια ενέργειας.  

 

Ζ-Προχωρημένα Συστήματα

Ναυτικές Ανυψωτικές Μηχανές & Ανεμογεννήτριες


--------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

Εργαλεία

Παράρτημα 1. Συμβολικά Μαθηματικά. Η πλατφόρμα MAPLE 

Παράρτημα 2. Αριθμητική Ολοκλήρωση Δυναμικών Συστημάτων. 

Παράρτημα 3. Επεξεργασία Σημάτων Ταλάντωσης. 

Μετασχηματισμός  Fourier και ο  FFT

Παράρτημα 4. Στοιχεία Γραμμικής Συναρτησιακής Ανάλυσης.

Το Θεμελιακό Πρόβλημα των Ιδιοτιμών-Ιδιοσυναρτήσεων και η σχέση του με την φυσική ταλαντώσεων συνεχών ελαστικών μέσων 

 

Βιβλιογραφία

Κύριες σημειώσεις

  • Γεωργίου, Ι., 2008, Δυναμική & Ταλαντώσεις Κινητήρων και Αξονικών Συστημάτων Πρόωσης Πλοίου  (έγγραφα)
  • Γεωργίου, Ι., 2008, Στρεπτικές Ταλαντώσεις Αξονικού Συστήματος  (έγγραφα)
  • Γεωργίου, Ι., 2017, Σημειώσεις διαλέξεων μαθήματος (έγγραφα)

 Βοηθητικές  σημειώσεις (Δυναμική & Ευστάθεια Μηχανολογικών Συστημάτων & Κατασκευών)

  • Γεωργίου, Ι., 2008, Βασικές Αρχές Δυναμικής & Γραμμικές Ταλαντώσεις Κατασκεύων (έγγραφα)

  • Γεωργίου, Ι., 2008, Ταλαντώσεις Γραμμικών Διακριτών Συστημάτων  (έγγραφα)

 

Bιβλία 

J. L. Meriam and L. G. Kraige, 2003, Engineering Mechanics Dynamics, 5th  Edition, John Willey, Nee Jersey.

J. P. Den Hartog, 1956, Mechanical Vibrations, McGraw-Hill, New York.

K. Ogata, 1978, System Dynamics, Prentice-Hall, New Jersey.

J. L. Lumley, 1999, Engines: An Introduction, Cambridge University, New York.   

 

Εργασίες

AY2018-2019-Askisi=N01.JPG 

 

¶σκηση 1.

Στερεό επίπεδο πλαίσιο (Mπ), βλέπε εικόνα, είναι συνδεδεμένο σε γραμμικό ελατήριο (Κ) σε ακλόνητο επίπεδο αναφοράς . Φέρει στο κέντρο του ένα έκκεντρο δίσκο (R, ΜΔ, ΙΔ, m) με το σταθερό έξονα περιστροφής του κάθετο στο επίπεδο του πλαισίου .

  • Να υπολογιστεί η Εξίσωση Κίνησης αυτού του συζευγμένου συστήματος. Οι ΒΕ (βαθμοί ελευθερίας) είναι (1) η κάθετη γραμμική μετατόπιση (U) του πλαισίου, και (2) η γωνιακή μετατόπιση (Θ) του δίσκου.Να δοθούν εφαρμογές για την μηχανολογική εγκατάσταση πρόωσης.

Οι ΕΚ κίνησης να δοθούν σε κατάλληλη συμπαγή μορφή για αριθμητική ολοκλήρωση.  

Παράδοση . Τρίτη, 7 Νοεμβρίου.

----------------------------------------------------------------------------------------

AY2018-2019-Askisi=N02.jpg

 

 

 ¶σκηση 2.

 (1) Να υπολογιστεί η Εξίσωση Κίνησης (EK) των συζευγμένων συστήματων (1) και (2), βλέπε την εικόνα, με αφετηρία τις εξισώσεις Euler-Lagrange, Αρχή Δυνατών Έργων,  και όχι τον Νόμο του Νεύτωνα.

 (2)  Κάτω απο ποιές συνθήκες ο γραμμικός ταλαντωτής θα γίνει ασταθής?

(3) Κάτω απο ποιές συνθήκες ο γραμμικός ταλαντωτής θα λειτουργήσει ως επιταχυνσίομετρο?  

------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 

AY2018-2019-Askisi=N03.jpg

 

 ¶σκηση 3.

 1) Να υπολογιστεί η Εξίσωση Κίνησης (EK) του συστήματος, βλέπε την εικόνα, με αφετηρία τις εξισώσεις Euler-Lagrange, Αρχή Δυνατών Έργων,  και όχι τον Νόμο του Νεύτωνα.

(2)  Να λάβετε υπόψη όλους τους περιορισμούς της κίνησης της μάζας στο επίπεδο.

(3)   Να υπολόγισετε την ποσότητα, 2λ, όπου το λ είναι ο πολλαπλασιαστής  Lagrange. Να ευρεθεί η φυσική του ερμηνεία.

------------------------------------------------------------------------------- 

AY2018-2019-Askisi=N04.jpg 

¶σκηση 4.

 (1) Να υπολογιστεί η Εξίσωση Κίνησης (EK) των συζευγμένων συστήματων (1) και (2), βλέπε την εικόνα, με αφετηρία τις εξισώσεις Euler-Lagrange, Αρχή Δυνατών Έργων,  και όχι τον Νόμο του Νεύτωνα.

(2)  Να υπολογιστεί η κινηση της μάζας-εμβόλο συναρτήσει της κίνησης του δίσκου-σφόνδυλος.

  Παράδοση ασκήσεων 1-4, 20/11/2018.

 

 

 

Mέθοδοι αξιολόγησης

α) Παράδοση  ασκήσεων (15%)
β) Παράδοση εργαστηριακής  εργασίας (15%)
γ) Γραπτή εξέταση (60%)
δ) Quizzes-Συμμετοχή  (10%) 

Διδάσκοντες

Ιωάννης  Γεωργίου, PhD
Kαθηγητής, Τομέας Ναυτικής Μηχανολογίας
Τηλ: 210-772-2716    
Email: georgiou@central.ntua.gr

Διπλωματικές

IMG_0869=DIPLOMATIKI=TZANOS.PNG


 
Συγχρηματοδότηση
από την Ε.Ε.