Värähtelevän rakenteen suunnittelu ja toteutus demonstraatio- ja opetuskäyttöön

Abstract

Värähtely on monissa rakenteissa esiintyvä ilmiö, jonka vaikutukset voivat olla rakenteelle kriittisiä. Siksi on tärkeää, että suunnittelija ymmärtää ilmiön ja osaa huomioida sen suunnittelutyössään. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on suunnitella ja toteuttaa LUT yliopiston Konedynamiikan laboratoriolle rakenne, jota voidaan käyttää värähtelyn demonstroimiseen ja apuna opetuksessa.

Suunnittelutyö pitää sisällään tutkimusongelman, kuinka tarkasti rakenteen käyttäytyminen voidaan ennustaa ja ennakkoon suunnitella halutun kaltaiseksi. Tähän pyritään vastamaan käyttämällä kahta erilaista menetelmää. Ensin matemaattista, järjestelmän yhtälöiden muodostamiseen ja ratkaisemiseen perustuvaa mallia, ja toiseksi rakenteen digitaalisen vastakappaleen luomista ja sen käyttäytymisen simuloimista moodianalyysilla.

Käytettyjen metodien tarkkuutta verrataan työn aikana kasattuun fyysiseen malliin ja pohditaan, onnistuiko niiden ennustaa rakenteen käyttäytyminen. Myös mahdollisia virheiden lähteitä ja parannuksia pohditaan.

Vibration is a phenomenon present in a wide range of structures, in which it may have detrimental effects on. It is thus important that a designer understands the phenomenon and counts for it in his/her work. The goal of this bachelor’s thesis is to design and build a model for the machine dynamics lab of LUT university, which can be used as a demonstration piece for vibrations, and as an aid in teaching.

The research problem builds around the question of how precisely the behaviour of the final model can be predicted beforehand, and to be designed to be as desired. To achieve an answer, two different methods are used. First a mathematical model, in which system is described as equations that are formulated and solved, and next by making a digital model of the structure and performing a simulation of modal analysis on it.

The results of these methods are then compared to the actual structure that is being build during the research and there is discuss about if they managed to predict the behaviour accurately. At the end there is also a review about possible mistakes and room for improvement.