Analytical Solutions and Advanced Software Simulation of Vibration Dampers

Abstract

Denne masteroppgaven fokuserer på tre sentrale aspekter ved dempingsfenomener: viskøs væske, fjær/demperelementer i Abaqus og gummi-elementer. Væske-simuleringer analyseres ved hjelp av en teknikk der et objekt kan konverteres til partikler som oppfører seg som en viskøs olje. Fjær/demperelementet, en funksjon i Abaqus, tillater observasjon av dets påvirkning på dempingsoppførselen. Gummi-elementene undersøkes spesifikt med tanke på deres skjærstivhet og dempingsoppførsel. Disse emnene blir undersøkt gjennom kombinerte simuleringer, som resulterer i frekvensresponsfunksjoner for en forenklet verktøyholder i Abaqus. Ved å måle verktøyholderens respons på varierende frekvenser gir det informasjon om dens dynamiske oppførsel. Resultatene viser en tett sammenheng mellom den analytiske tilnærmingen og Abaqus-modellen, spesielt med hensyn til skjærstivhet, som også matcher Matlab-modellen.

Studien undersøker også virkningen av viskøs demping på en bevegelig masse. Siden Abaqus ikke tillater direkte simulering av en frekvensresponsfunksjon ved å konvertere et objekt til partikler, er metoden for å oppdage demping å legge til en periodisk kraft til en sylindrisk masse som beveger seg inne i en beholder og omgitt av viskøs væske. Sammenligning av tre forskjellige scenarioer viser at Abaqus demonstrerer virkningen av viskøs demping både for fjær/demperelementet og ved bruk av ”smoothed particle hydrodynamics” teknikken.

Alt i alt gir denne oppgaven verdifulle innsikter i oppførselen til ulike dempingselementer og deres innvirkning på frekvensresponsen til verktøyholderen. De sammenlignende analysene mellom analytiske og simulerte tilnærminger i Abaqus, samt inkluderingen av viskøs dempingseffekter, bidrar til en helhetlig forståelse av dempingsfenomener.

This thesis focuses on three key aspects of damping phenomena: viscous fluid, spring/dashpot elements in Abaqus, and rubber elements. Fluid simulations are analyzed using a technique where a part can be converted into particles acting as a viscous oil. The spring/dashpot element, a feature in Abaqus, allows the observation of its effect on damping behavior. The rubber elements are specifically investigated for their shear stiffness and damping behavior. These subjects are examined through combined simulations, resulting in frequency response functions for a simplified boring bar in Abaqus. By measuring the boring bar’s response to varying input frequencies, it provides information about its dynamic behavior. The findings demonstrate a close alignment between the analytical approach and the Abaqus model, particularly in terms of shear stiffness, which also matches the Matlab model.

The study also investigates the impact of viscous damping on a moving mass. Since Abaqus does not allow running a frequency response function directly by converting a part to particles, a workaround involves adding a periodic force to a cylindrical mass moving inside a container and interacting with fluid. Comparing three different scenarios, the results indicate that Abaqus demonstrates the effect of viscous damping for both the dashpot element and the smoothed particle hydrodynamics model.

Overall, this thesis provides valuable insights into the behavior of various damping elements and their impact on the frequency response of the boring bar. The comparative analyses between analytical and simulation approaches in Abaqus, along with the inclusion of viscous damping effects, contribute to a comprehensive understanding of damping phenomena.