Методика моделирования колебаний подвижной балки с применением библиотеки Project Chrono

Решена актуальная задача разработки составной части нового программного комплекса, предназначенного для моделирования процессов взаимодействия упругодеформируемых конструкций с потоком несжимаемой среды. Разработана и верифицирована методика моделирования динамики балочной конструкции, предназначенная для решения сопряженных задач гидроупругости. Описан алгоритм методики и программный модуль, реализованный на языке C++, использующий библиотеку с открытым исходным кодом Project Chrono, содержащую математические модели и алгоритмы решения систем уравнений, необходимые для моделирования динамики механизмов с упругими звеньями. Приведены результаты расчетов четырех модельных задач в сравнении с данными, полученными другими методами математического моделирования, такими как аналитическое решение свободных колебаний консольно закрепленной балки и решение задач с помощью метода конечных элементов в программном пакете Solid Works Simulation. Показано, что разработанная методика обеспечивает численную сходимость результатов рассмотренных методов при повышении дискретизации расчетной схемы.
EDN: IGYVOJ, https://elibrary/igyvoj

Литература

[1] Bungartz H.-J., Schafer M., eds. Fluid-structure interaction. Springer, 2006. 394 p.

[2] Морозов В.И., Пономарев А.Т., Рысев О.В. Математическое моделирование сложных аэроупругих систем. Москва, Физматлит, 1995. 735 c.

[3] Garbuz M., Klimina L., Samsonov V. Wind driven plantigrade machine capable of moving against the flow. Appl. Math. Model., 2022, vol. 110, pp. 17–27, doi: https://doi.org/10.1016/j.apm.2022.05.035

[4] González E., Yáñez D.J., Del Pozo S. et al. Optimizing bladeless wind turbines: morphological analysis and lock-in range variations. Appl. Sci., 2024, vol. 14, no. 7, art. 2815, doi: https://doi.org/10.3390/app14072815

[5] Щеглов Г.А., Дергачев С.А. Численное моделирование динамики движения механизма в потоке несжимаемой среды с использованием метода вихревых петель. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2024, № 1, с. 21–30. EDN: FQAXEG

[6] Co-simulation with Hexagon CAE solutions. www.cradle-cfd.com: веб-сайт. URL: https://www.cradle-cfd.com/product/msc.html (дата обращения: 19.06.2023)

[7] ProjectChrono. An open source multi-physics simulation engine. projectchrono.org: вебсайт. URL:https://projectchrono.org (дата обращения: 19.06.2023)

[8] Tasora A., Serban R., Mazhar H. et al. Chrono: An open source multi-physics dynamics engine. HPCSE 2015. Springer, 2015, pp. 19–49, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-319-40361-8_2

[9] Wei Z., Edge B.L., Dalrymple R.A. et al. Modeling of wave energy converters by GPUSPH and Project Chrono. Ocean Eng., 2019, vol. 183, pp. 332–349, doi: https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2019.04.029

[10] Martínez-Estévez I., Domínguez J.M., Tagliafierro B. et al. Coupling of an SPH-based solver with a multiphysics library. Comput. Phys. Commun., 2023, vol. 283, paper 108581. doi: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2022.108581

[11] Тушев О.Н., Щеглов Г.А. Численное моделирование аэроупругой динамики воздушного старта при наличии случайного разброса параметров аэродинамического нагружения. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2015, № 1, с. 22–34, doi: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2015-1-22-34

[12] Huynh B.H., Tjahjowidodo T., Zhong Z.W. et al. Nonlinearly enhanced vortex induced vibrations for energy harvesting. IEEE Int. Conf. on AIM, 2015, pp. 91–96, doi: https://doi.org/10.1109/AIM.2015.7222514

[13] Жукаускас А., Улинскас Р., Катинас В. Гидродинамика и вибрация обтекаемых пучков труб. Вильнюс, Москлас, 1984. 312 с.

[14] Widiyanti, Puspitasari P., Suyetno A. The development of instructional materials mechanics of materials using solidworks simulation software. AIP Conf. Proc., 2016, vol. 1778, art. 030058, doi: https://doi.org/10.1063/1.4965792

[15] Саусвелл Р.В. Введение в теорию упругости для инженеров и физиков. Москва, Иностранная литература, 1948. 676 с.