축 하중을 받는 원형 링크 체인의 동적 매개변수 식별 및 모델링

Nov 25, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 16155(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

축방향 동적 하중을 받는 원형 링크 체인은 비선형 점탄성 시스템을 구성합니다. 고전적인 두드리는 문제와는 달리 원형 링크 체인은 선형 탄성 변형뿐만 아니라 비선형 소성 또는 충격 변형도 겪게 됩니다. 이론적 공식화와 실험을 바탕으로 본 논문에서는 비선형 동적 매개변수, 즉 원형 링크 체인의 강성과 감쇠를 모델링하고 식별하기 위한 새로운 접근 방식을 제시합니다. 선형 변형, 비선형 변형 및 에너지 소산을 고려하여 수정된 비선형 점탄성 모델이 개발되어 수많은 원형 링크로 체인의 진동 동작을 설명합니다. 선형 탄성 모델과 충격 모델을 결합하여 등가 비선형 강성을 도출하고, 수정된 비선형 점탄성 모델에 따른 비선형 감쇠를 식별하기 위해 실험과 최소 자승법을 사용합니다. 체인 길이, 탄성 모듈 및 하중 주파수와 같은 주요 매개변수가 동적 강성과 감쇠에 미치는 영향을 조사합니다. 식별 모델을 검증하기 위해 또 다른 테스트가 수행되었으며 좋은 일치가 관찰되었습니다.

운송/리프트 호이스트 또는 대량 자재 취급 기계의 핵심 구성 요소인 원형 링크 체인은 해양, 기계, 광업 및 토목 공학 분야에서 널리 사용됩니다. 동적 특성에 대한 조사는 해당 장비 및 기계1,2,3의 우수한 성능을 위해 매우 중요합니다.

수많은 연구자들이 원형 링크 체인의 종류에 대한 정적 및 동적 해석에 전념해 왔습니다. Ming 등4은 원형 링크 체인의 접촉 면적을 정적 접촉 응력과 연관시키는 방정식을 도출했습니다. Li 등5은 Hertz 이론을 이용하여 링 체인의 접촉면적의 최대응력과 압력분포를 계산하였고, 스프로킷 체인의 맞물림 접촉면적의 최대응력을 구하였다. Bian et al.6은 원형 체인 구조의 수학적 방정식을 확립하고, 체인-링 접촉의 두 가지 정적 해석 모델을 추론하고, 원형 체인 간의 충돌 과정을 시뮬레이션 및 분석하고, 원형 체인의 피로 파괴 메커니즘과 피로 균열 전파 법칙을 밝혔습니다. Li 등7은 체인 구동 시스템의 동역학 시뮬레이션을 위한 가상 프로토타입 모델을 구축하고 정지 후 링 체인 하중의 시작을 시뮬레이션 및 분석하여 운동학의 변화 법칙과 맞물림 접촉의 동적 거동 응답을 얻었습니다. Diao 등8은 원형 링크 체인의 접촉 응력에 대한 광탄성 실험과 유한 요소(FE) 분석을 수행했습니다. Wang et al.9은 무거운 스크레이퍼 컨베이어 체인의 동적 장력 분포를 얻기 위해 시간에 따라 변하는 동적 분석 방법을 사용했습니다. 체인의 3차원 응력 분포를 얻기 위해 직선 세그먼트와 굽힘 세그먼트의 인접한 체인 사이의 3차원 접촉에 대해 유한 요소 해석을 수행했습니다.

검토한 바와 같이, 라운드 링크 체인은 일반적으로 벌크 자재를 운반하거나 운동을 전달하기 위해 큰 축 하중을 받기 때문에 축 방향의 동적 특성에 합리적으로 더 많은 관심을 기울입니다. 원형 체인이 조화 또는 충격 여기를 받으면 충격, 마찰, 심지어 소성 변형까지 관찰될 수 있습니다10. 원형 링크 체인은 전형적인 점탄성 시스템을 구성합니다. 동적해석에서는 감쇠효과와 비선형 강성을 고려해야 합니다. 충격 문제11를 위해 처음 개발된 Kelvin-Voight 모델은 에너지 소산을 고려하는 데 널리 사용됩니다. 그러나 충격 문제와 매우 유사하게 접촉, 마찰 및 소성 변형은 실제로 모두 비선형입니다. 따라서 선형 모델은 감쇠 및 강성에 대한 비선형 요소를 완전히 고려할 수 없습니다. 두드리는 문제에 대한 문제를 해결하기 위해 Hertzdamp 비선형 모델13 및 비선형 Hunt-Crossley 모델14과 같은 종류의 비선형 모델12이 제안되었습니다. 모든 비선형 모델은 많은 경우에 매우 효율적이고 정확하며 다른 점탄성 시스템을 모델링하는 데에도 잘 사용됩니다15,16,17.