Modeling and vibration analysis of a shaft-disk-blade coupled system

Abstract

본 연구에서는 기존에 많은 연구가 있던 양단지지형태의 축-원판-블레이드 연성계 모델과는 달리 헬리콥터와 드론 그리고 풍력발전기 등에서 많이 사용되고 있는 외팔보형태의 축의 끝단에 원판과 블레이드가 부착된 모델에 대한 운동방정식을 가상모드법을 사용하여 유도 하였다. 가상 모드 법 사용 시 적절한 모드 함수를 선정하지 않으면 시스템의 고유진동수는 시스템의 자유도 수가 증가함에 따라 수렴하지 않거나 수렴을 하더라도 많은 계산시간을 소모한다. 따라서 적절한 모드 함수를 선정하는 것이 가장 중요하다. 이를 위해 축의 굽힘 변위와 굽힘 각도에 대한 3가지 모드 함수, 즉, 일반화된 외팔보의 굽힘 변위와 굽힘 각도를 축의 굽힘 변위와 굽힘 각도에 대한 모드 함수로 사용한 경우, 외팔보 자유단 끝에 집중질량이 고려된 보의 굽힘 변위와 굽힘 각도에 대한 모드 함수를 축의 굽힘 변위와 굽힘 각도에 대한 모드 함수로 사용 한 경우, 마지막으로 외팔보 자유단 끝에 집중질량과 그 집중질량의 질량관성 모멘트 효과를 동시에 고려한 보의 굽힘 변위와 각도에 대한 모드 함수를 축의 굽힘 변위와 굽힘 각도에 대한 모드 함수로 사용한 경우를 선정하였다. 각 모드 함수에 따라 시스템의 자유도 수가 증가 할 때, 시스템의 고유진동수의 수렴특성을 파악하였다. 상용프로그램에서 확인된 고유진동수로 축의 3가지 모드 함수 별 시스템의 자유도 수가 증가함에 따른 수렴 특성을 검증하였다. 유도된 운동방정식으로부터 시스템의 회전각속도가 증가함에 따른 시스템의 고유진동수의 변화를 파악하였다.