بهينه‌سازي عملكرد ميراگر غيرخطي ضربه‌اي صلب سه‌جرمي در ارتعاشات آزاد با روش تركيبي فراكاوشي

Performance Optimization of Three-Mass Nonlinear Rigid Impact Damper by Hybrid Metaheuristic Method in Free Vibration

هدف از مقاله حاضر كاهش ارتعاشات آزاد يك سيستم مكانيكي با طراحي بهينه نسبت جرمي يك ميراگر غيرخطي به نام ميراگر ضربه‌اي است. ميراگر ضربه‌اي شامل تعدادي جرم متصل به سيستم اصلي است كه توانايي حركت در يك محفظه بسته تعبيه‌شده را دارد و باعث كاهش دامنه سيستم اصلي از طريق انتقال حركت را دارد. بر اساس تحقيقات انجام شده تاكنون، ميراگر ضربه‌اي داراي عملكرد بهتري در كاهش ارتعاشات نسبت به ميراگرهاي خطي است. مهمترين عامل در عملكرد بهينه اين ميراگر، انتخاب نسبت جرمي است. با توجه به پيچيدگي و حجم محاسبات زياد براي تحليل چگونگي رفتار يك ميراگر ضربه‌اي، در اين پژوهش از روش بهينه‌سازي تركيبي فراكاوشي براي تعيين نسبت جرمي بهره گرفته شده است. با مقايسه نتايج روش بهينه‌سازي مذكور و طراحي اوليه، قدرت و كارايي بالاي روش ارائه شده جهت طراحي ميراگر مشهود است. طراحي بهينه پارامترهاي مسئله توانسته ميزان دامنه ارتعاشات سيستم اصلي را در كمتر از 2 ثانيه تا مقدار 5 درصد دامنه اوليه كاهش دهد. استفاده از ميراگر ضربه‌اي بهينه انرژي سيستم را نيز به ميزان بيش از 90 درصد كاهش داده است.

The aim of the present study is to reduce the free vibrations of a mechanical system by optimally designing the mass ratio of a nonlinear damper called the impact damper. The impact damper contains a number of masses connected to the main system that has the ability to move in a closed enclosure and reduce the amplitude of the main system through the transmission of motion. According to research done so far, impact dampers have better performance in reducing vibrations than linear dampers. The most important factor in the optimal performance of this damper is the design of the mass ratio. Due to the complexity and high volume of calculations to analyze the behavior of an impact damper, in this study, the hybrid metaheuristic method has been applied to determine the mass ratio. By comparing the results of the presented optimization method and the conventional design, the high power and efficiency of the proposed method for damper design are evident. The optimal design of problem parameters could reduce the amplitude of system vibrations in less than 2 seconds to 5% of the initial amplitude. The application of optimal impact damper has also decreased the system energy by more than 90%.