haku: @supervisor Romanoff, Jani / yhteensä: 33
viite: 6 / 33
| Tekijä: | Nyyssönen, Sami |
| Työn nimi: | Undamped natural frequencies and mode shapes of pre-swirl stator fins in still water in conceptual design |
| Staattorin evien vaimentamattomat ominaistaajuudet ja -muodot tyynessä vedessä konseptisuunnittelussa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (8) + 59 s. + liitt. 43 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Meritekniikka (K3005) |
| Valvoja: | Romanoff, Jani |
| Ohjaaja: | Kotisalo, Kimmo ; Puolakka, Otto |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201606172655 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4062 | Arkisto |
| Avainsanat: | undamped natural frequency pre-swirl stator fin cantilever beam NACA 4-digit series finite element method added mass of flat plate vaimentamaton ominaistaajuus ominaismuoto staattorin evä NACA 4-sarjan siipiprofiili liikeyhtälö ulokepalkki lisätty massa elementtimenetelmä |
| Tiivistelmä (fin): | Tässä työssä tutkitaan yksinkertaistetun kahden vapausasteen palkin liikeyhtälöiden soveltuvuutta tyynessä vedessä olevan staattorin evän alimpien vaimentamattomien ominaistaajuuksien ja -muotojen ennustamiseen. Näitä taajuuksia ja muotoja tarvitaan evien hydroelastisten epästabiilius ja värähtely ongelmien arvioimiseksi. Nopeaa alimpien ominaistaajuuksien ja -muotojen ratkaisua tarvitaan näiden ongelmien arvioimiseksi jo evien konseptisuunnitteluvaiheessa. Evä on yksinkertaistettu suorana ulokepalkkina, jonka poikkileikkaus on umpinainen. Liikeyhtälöt koostuvat kohtisuorasta taivutuksesta ja väännöstä, jotka ovat kytketty. Rakenteen ja veden aiheuttamaa vaimennusta ei ole otettu huomioon. Evää ympäröivän veden vaikutus on yksinkertaistettu ja otettu huomioon tasapaksun levyn lisättynä massana. Poikkileikkauksen ominaisuudet on määritetty tässä työssä johdetuilla likimääräisillä kaavoilla, jotka perustuvat NACA 4-sarjan profiileihin. Ominaistaajuudet ja -muodot on ratkaistu ominaisarvoyhtälöstä elementtimenetelmää hyödyntäen. Leikkaus muodonmuutos, kierto inertia, kytkentä ja lisätty massa täytyy ottaa huomioon evän liikeyhtälöissä. Evän ominaistaajuuksiin vaikuttavat evän pituus, jänne, paksuus, kaarevuus, jänteen pituussuuntainen vaihtelu ja materiaali. Työssä esitetään näihin parametreihin pohjautuva suunnittelu käyrästö. Tutkittu menetelmä soveltuu eville, joiden poikkileikkaus on umpinainen, materiaali on homogeeninen ja isotrooppinen ja profiili muistuttaa NACA 4-sarjaa tai tasapaksua levyä. Menetelmä ei sovellu kehittyneille poikkileikkauksille ja materiaaleille. Menetelmä yliarvioi evän ominaistaajuuksia ilmassa mutta aliarvioi niitä vedessä. Menetalmeä yliarvioi lisätyn massan vaikutuksen taajuuksiin, varsinkin väännössä. Evän alin ominaismuoto on yleisesti pystysuuntainen taipuminen. Ohimenevän virtauksen ja veden vaimennuksen vaikutusta evän ominaistaajuuksiin tulee tutkia, jotta evää voidaan arvioida sen todellisissa käyttöolosuhteissa. |
| Tiivistelmä (eng): | The current thesis investigates if the simplified two degrees of freedom beam approach is accurate enough to predict the lowest undamped natural frequencies and mode shapes of pre-swirl stator fins in still water. A fast method is needed to estimate the lowest natural frequencies and mode shapes for the risk analysis of vibrations and hydroelastic instabilities in conceptual design. The fin is simplified as a straight cantilever beam with a solid cross-section. The equations of motion take into account coupled vertical bending and torsion. Structural and fluid-induced damping are neglected. The effect of surrounding water is simplified as the 2D added mass of a flat plate. The cross-section properties are defined with derived approximative formulas based on NACA 4-digit series. The natural frequencies and mode shapes are solved from the eigenvalue problem which is formed with the finite element method. The approach must take into account the shear deformation, rotary inertia, coupling and added mass terms. The main fin parameters affecting the natural frequencies are the length, chord, thickness, camber, span-wise variation and material. Design graphs to estimate and compare the lowest natural frequency of different designs are generated to assist in conceptual design. The approach studied is applicable for fins which are solid, made of homogeneous isotropic material and with a cross-section shape close to a NACA 4-digit series or flat plate. It is not applicable for advanced cross-sections and materials. The approach slightly overestimates the frequencies in air but underestimates in water. The added mass effect is overestimated, especially in torsion. The lowest mode type of fins is usually vertical bending. To predict the natural frequencies in operating conditions, the effects of passing flow and external damping must be studied to determine how much they affect the lowest frequencies. |
| ED: | 2016-07-17 |
INSSI tietueen numero: 54084
+ lisää koriin
INSSI