تحلیل دینامیکی چرخ طیار دو جرمی با ساچمه‌های پلیمری و بهینه‌سازی آن با استفاده از روش طراحی آزمایش

موسوی, سید علی; محجوب مقدس, سعید; منصوری, حسین

doi:10.47176/MAJ.2026.1500

تحلیل دینامیکی چرخ طیار دو جرمی با ساچمه‌های پلیمری و بهینه‌سازی آن با استفاده از روش طراحی آزمایش

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

سید علی موسوی ¹

سعید محجوب مقدس ²

حسین منصوری ³

¹ پژوهشگر ،دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران

² دانشیار دانشگاه جامع امام حسین (ع)، تهران ، ایران

³ استادیار، دانشگاه امام حسین (ع)، تهران، ایران

10.47176/MAJ.2026.1500

چکیده

در این مقاله، یک چرخ طیار دو جرمی جدید معرفی‌شده است که از فنرهای منقطع و ساچمه‌های پلیمری بین صفحات آن استفاده می‌شود. هدف اصلی این طراحی، کاهش نوسانات گشتاور خروجی موتورهای پیستونی است. در این پژوهش، معادلات حرکت چرخ طیار، مدل‌سازی شده و با استفاده از روش رانگ‌کوتای مرتبه‌ چهارم حل‌شده‌اند. سپس، پارامترهای مختلف چرخ طیار مانند اینرسی، سرعت دورانی، میرایی و سفتی با کمک روش طراحی آزمایش موردبررسی و بهینه‌سازی قرارگرفته‌اند. پس از بهینه‌سازی، چرخ طیار با مشخصات بهینه، ساخته‌شده و در شرایط واقعی مورد آزمایش تجربی قرارگرفته است. نتایج به‌دست‌آمده از مدل تحلیلی و آزمایش‌های تجربی تطابق خوبی دارد که اختلاف آن زیر 35/6 درصد هست. به‌علاوه، این چرخ طیار توانسته است نوسانات گشتاور خروجی موتور پیستونی هواپیمای ملخی را تا 61/89 درصد کاهش دهد. این بهبود عملکرد نشان‌دهنده قابلیت بالای این سیستم در افزایش کارایی و پایداری موتورهای پیستونی است.

چکیده تصویری

تحلیل دینامیکی چرخ طیار دو جرمی با ساچمه‌های پلیمری و بهینه‌سازی آن با استفاده از روش طراحی آزمایش

کلیدواژه‌ها

موتور پیستونی

چرخ طیار دو جرمی

نرم‌افزار طراحی آزمایش

آزمون تجربی

میراگر

رانگ کوتا

موضوعات

دینامیک ارتعاشات و کنترل

عنوان مقاله English

Dynamic Analysis of a Dual-Mass Flywheel with Polymer Balls and Its Optimization Using Design Expert Software

نویسندگان English

seyed ali mousavi ¹

saeed mahjoub moghadas ²

hosein mansori ³

¹ Researcher, Imam Hossein University, Tehran, Iran

² Associate professor Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran

چکیده English

Vibration energy harvesting is one of the methods that is used as energy supply for electronic devices that have low power consumption (such as sensors). With the advent of piezoelectrics and due to the properties of piezoelectric materials, they were quickly introduced as one of the most common materials for energy harvesting. Currently, vibration energy harvesting with piezoelectric material can produce more than 300 microwatts per square centimeter of power. Piezopolymers are one of the types of piezoelectric materials. In this work, with the help of EAPap piezopolymer materials, which are a thin film of cellulose, energy-harvesting beams have been made. By changing the location of the piezoelectric along the length of the cantilever beam, the changes in voltage, current and output power have been investigated. It can be seen that by changing the position of the piezoelectric on the beam and getting closer to the end of the beam, the output power, current and voltage have also increased due to the increase in the amount of strain.

کلیدواژه‌ها English

Energy Harvesting

Composite beam

Location of Piezoelectric

Output Power

Mechanical Vibrations

[1] Gaillard, C.L. and R. Singh, Dynamic analysis of automotive clutch dampers. Applied Acoustics, 2000. 60(4): p. 399-424. DOI 10.1016/S0003-682X(00)00005-0

[2] Nicolò Cavina, G.S., Analysis of a Dual Mass Flywheel System for Engine Control Applications. SAE International, 2004. 113(7): p. 280-286. DOI

[3] Schweinfurt, H.B., Systematic search for and vibratory assessment of new action principles for alternative rotary vibration decoupling systems in the passenger car driveline. Drive System Technique, 2004. 6: p. 3-12. DOI 10.4271/2004-01-3016.

[4] Taehyun Kim, H.S., Sungho Hwang, Hyunsoo Kim, Analysis of Dual Mass Flywheel using Discrete Arcspring Model. Engineering Materials, 2006. 326-328: p. 1607-1610. DOI

[5] 5. Andreas Walter, U.K., Stephen Jones, Thomas Winkler, Misfire Detection for Vehicles with Dual Mass Flywheel (DMF) Based on Reconstructed Engine Torque. SAE International, 2007. DOI 10.4271/2007-01-3544

[6] Jianjun, H., Jianjun, H. Datong, Q. Yusheng, Zhao Yonggang, Liu., Study on natural torsional vibration characteristics of dual mass-flywheel radial spring type torsional vibration damper. 2009, SAE Technical Paper. DOI 10.4271/2009-01-2062

[7] U. Schaper, O.S., T. MaIll, V. Blessing, Modeling and torque estimation of an automotive Dual Mass Flywheel, in american control conference. 2009: USA. DOI 10.1109/ACC.2009.5160136

[8] T-S Kang, S.K.K.a.K.-P.H., Development of the displacement measuring system for a dual mass flywheel in a vehicle. Automobile Engineering 2009. 223: p. 1273-1274. DOI 10.1243/09544070JAUTO1066

[9] CHEN, D.-M., Huang, Zheng Ling, Chao, Torsion stiffness calculation and optimization design of arc helix spring of dmf. China Mechanical Engineering, 2010. 21(14): p. 1676.

[10] Tobias Mahl, O.S., Modelling of an automotive dual mass flywheel, in 5th IFAC Symposium on Mechatronic Systems. 2010: Massachusetts USA. DOI 10.3182/20100913-3-US-2015.00069

[11] Mohire, S. and R. Burde, Evaluation of interdependent behavior of dual mass flywheel (DMF) and engine starting system. 2010, SAE Technical Paper. DOI 10.4271/2010-01-0188

[12] Lee, Y.-J., Shim, Tae-Yang Lee, Kwang- O, Effect of induction heating on fatigue life of drive plate for dual mass flywheel. Journal of Mechanical Science and Technology, 2013. 27(8): p. 2323-2329. DOI 10.1007/s12206-013-0617-6

[13] Chen, Z., Chen, Zhiyuan Mao, Yang., Control research of power train torsional vibration based on magneto-rheological fluid dual mass flywheel. 2014, SAE Technical Paper. DOI 10.4271/2014-01-2867

[14] S. Shojaei, M.T., M. Hoseinalipur, H. Chamani, Torsional Vibrations Analysis of the Set of Linear Six Cylinder Diesel Engine Crankshaft and Validation of Its Results. 2014. 10(3): p.

[15] Li Q. Song, L.P.Z., S. P. Zhang, J. D. Zhou, H. En Niu, Design and analysis of a dual mass flywheel with continuously variable stiffness based on compensation principle. Mechanism and Machine Theory, 2014. 79: p. 124-140. DOI 10.1016/j.mechmachtheory.2014.04.004

[16] Lei Chen, R.Z.a.Z.J., Nonlinear dynamical model of an automotive dual mass flywheel. Advances in Mechanical Engineering, 2015. 7(6): p. 1–11. DOI 10.1177/1687814015589533

[17] Y. Wang, X.p., S. Huang, S. Deng, Design and analysis of a multi-stage torsional stiffness dual mass flywheel based on vibration control. Applied Acoustics, 2016. 104: p. 172–181. DOI 10.1016/j.apacoust.2015.11.004

[18] Tang, X., Hu, Xiaosong Yang, Wei., Novel torsional vibration modeling and assessment of a power-split hybrid electric vehicle equipped with a dual-mass flywheel. IEEE transactions on vehicular technology, 2017. 67(3): p. 1990-2000. DOI 10.1109/TVT.2017.2769084

[19] Liupeng He, C.X., Sida Chen, Jiwei Guo, Yi Liu, Parametric Investigation of Dual-Mass Flywheel Based on Driveline Start-Up Torsional Vibration Control. Shock and Vibration, 2019. 2019: p. 1-12. DOI 10.1155/2019/3171698

[20] G. M. Gharehbolagh, A.R.B., P. Safarpour, Y. Abbaszadeh, Nonlinear analysis of torsional vibrations of dual mass flywheel in a three-cylinder engine. Multi-body Dynamics, 2022: p. 1-13. DOI 10.1177/14644193221127659

[21] B. Kindratskyy, R.L., O. Osmak, INFLUENCE OF VEHICLE ACCELERATION INTENSITY ON DUAL-MASS FLYWHEEL ELEMENTS AND TRANSMISSION LOAD. TRANSPORT TECHNOLOGIES, 2022. 3(1): p. 65-76. DOI 10.23939/tt2022.01.065

[22] M. H. Hosseinzadeh, M.G., K. NAROOEI, Experimental and Numerical Study on the Effect of 3D Printing Geometrical Parameters on the Torsional Shape Recovery Behavior of Polylactic Acid. AEROSPACE MECHANICS JOURNAL, 2022. 18(2): p. 169-181. DOR 20.1001.1.26455323.1401.18.2.12.2

[23] S. Nasiri, M.S.Y., T. MIRZABABAIE MOSTOFI, S. M. Mousavi, M. Ziya Shamai, Optimization of Effective Parameters in Free Iron Sheet Forming Process by Underwater Explosion Method. AEROSPACE MECHANICS JOURNAL, 2022. 18(3): p. 87-108. DOR 20.1001.1.26455323.1401.18.3.7.9

[24] T. MIRZABABAIE MOSTOFI, M.S.B., H. BABAEI, Experimental study and regression analysis of free and die forming of circular metallic plates using gas mixture explosion. AEROSPACE MECHANICS JOURNAL, 2021. 17(2): p. 85-99. DOR 20.1001.1.26455323.1400.17.2.6.9

[25] ogata, k., modern control engineering. 5 ed. 2010: Pearson.