Spragging and pad fluttering – abnormal conditions during the operation of tilt-pad journal bearings

Radiální kluzná ložiska s naklápěcími segmenty jsou využívána pro ukládání strojů s vyso- kou obvodovou rychlostí čepu hřídele. Speciální konstrukce těchto ložisek zabraňuje vzniku nestability olejového filmu, na druhou stranu ale vytváří podmínky pro jevy známé jako poskoky a třepotání segmentů, které mohou poškodit součásti ložiska. Tento článek si klade za cíl rozšířit povědomí o těchto jevech, popsat mechanismus jejich vzniku a způsob diagnostiky.Program THÉTA při řešení projektu TK04020057Radial tilt-pad journal bearings are used to support machinery with journals of high circumferential speed. A unique design of these bearings prevents the formation of oil-induced instability. However, the design allows for so-called pad spragging and fluttering, which can damage bearing components. This paper aims to increase awareness of these phenomena, describe the conditions leading to their formation, and present methods to detect them

Vortex induced vibration of 1D beam-type continua

The contribution focuses on the modelling of vibration of 1D beam-type continua induced by cross flow of a fluid. The influence of fluid flow is represented by the harmonic force whose frequency depends on the Strouhal number. Based on the widely used FEM formulation, vector of forces caused by the cross flow of the fluid is derived. The partitioned approach to the solution of fluid-structure interaction is described

Modelling and Analysis of Vibrations of Mechanical Systems with Impact Motions

Tato práce je zaměřena na matematické modelování a následnou analýzu kmitajících mechanických soustav s rázy. V úvodní kapitole je shrnuta motivace pro studium těchto soustav a stručně je zde nastíněn historický vývoj v dané oblasti. Následně jsou uvedeny základní matematické modely rázu a potřebný teoretický aparát pro popis nehladkých systémů. Aplikační část se věnuje matematickému modelování převodového ústrojí s možností ztráty silového záběru v ozubení s ohledem na nelineární chování tohoto systému. Je uvažován zjednodušený model torzního kmitání převodovky a komplexní model vytvořený metodou konečných prvků, kde pro sestavení modelu je použita metoda modální syntézy s kondenzací. Jsou zde uvedeny různé metody redukce a je analyzován vliv úrovně kondenzace a volby použitého přístupu k numerickému modelování na výpočetní čas. Na modelech převodových ústrojí je formou bifurkačních diagramů ukázán vliv parametrů na odezvu systému na typická buzení. Dále je uveden matematický model vibrolisu na zhutnění betonové směsi a jeho dynamická analýza.Katedra mechanikyObhájenoThe thesis focuses on mathematical modelling and analysis of vibrating mechanical systems with impact motions. In introductory chapter, a motivation for study of such systems is summarized and a historical progress in this field is discussed. In next chapters, basic mathematical models of impact are described and corresponding theory is explained. An application part of the thesis focuses on mathematical modelling of gearbox with possible loss of contact in gear, and nonlinear behaviour of the system is analysed. Simplified torsional model and complex model of test gearbox modelled by FEM are considered. The mathematical model is based on modal synthesis method with reduction and different reduction methods are tested. Influence of level of reduction is analysed and efficiency of different numerical approaches is shown. On such systems, influence of parameters on response of models is shown by means of bifurcation diagrams. Further, mathematical model of an impact-forming machine and its dynamical analysis is presented

Impact Vibrations of Components of Nuclear Fuel Assembly

Disertační práce je zaměřena na matematické modelování kmitajících mechanických soustav s rázy v aplikaci na kmitání komponent palivového souboru TVSA-T jaderného reaktoru VVER 1000/320. Je zde formulována metodika modelování příčně rázově interagujících poddajných těles nosníkového typu v přímé aplikaci na kmitání vodicích trubek a palivových proutků souborů TVSA-T. Model vodicí trubky vložené do distanční mřížky s radiální vůlí je vytvořen metodou konečných prvků pro jednorozměrná kontinua a respektuje potenciální kontaktní síly mezi trubkou a buňkami distančních mřížek včetně třecích sil v kontaktních bodech. Model umožňuje analýzu maximálních laterálních dynamických deformací vodicí trubky v průběhu kmitání vyvolaného tlakovými pulsacemi chladiva od hlavních cirkulačních čerpadel. Laterální deformace jsou jedním z významných aspektů při analýze pádu klastrů, jež mají za úkol brzdit štěpnou reakci. Dále je zde provedena analýza stability vodicích trubek v palivovém souboru TVSA-T vzhledem k axiální síle a k tuhosti buněk distančních mřížek na konzervativním i nekonzervativním modelu. Model palivového proutku je rovněž vytvořený metodou konečných prvků pro jednorozměrná kontinua, přičemž se jedná o systém sestávající ze dvou subsystémů; pokrytí palivového proutku a sloupce palivových tablet. Tyto dva subsystémy mohou v důsledku radiálních vůlí rázově interagovat. Pokrytí palivového proutku je navíc v potenciální vnější rázové interakci s buňkami distančních mřížek, mezi něž je vloženo s předpětím. Ve všech kontaktních bodech jsou uváženy normálové a třecí síly, respektující všechny tři možné fáze kontaktu -- separátní pohyb, prokluz i ulpívání. Podrobně jsou analyzovány rázové síly, skluzové rychlosti, výkon a práce třecích sil a další významné charakteristiky. U palivových proutků je posuzován tzv. otěr pokrytí palivového proutku jako důležitý parametr indikující úbytek hmoty v kontaktním bodě vlivem vibrací palivového souboru vyvolaných tlakovými pulsacemi chladiva. Zjednodušený model palivového proutku je podroben bifurkační analýze vzhledem k významným konstrukčním a provozním parametrům. Je analyzován vliv příčně proudícího chladiva na kmitání palivového proutku. Všechny výše uvedené matematické modely i všechny výpočtové modely zpracované v systému MATLAB jsou koncipovány tak, aby bylo možné analyzovat chování libovolného palivového proutku, resp. vodicí trubky, v libovolném palivovém souboru TVSA-T reaktoru VVER-1000/320. Jakožto budicí síly jsou uvažovány polyharmonické funkce, jež jsou výstupem z globálního modelu reaktoru a z linearizovaného modelu palivového souboru. U vybraného palivového proutku lze analyzovat jeho chování v libovolném stavu kampaně reaktoru. Metodika použitá při modelování palivových proutků, resp. vodicích trubek, může být použita pro širší třídu úloh kmitání poddajných jednorozměrných kontinuí s vnitřní i vnější rázovou interakcí.NeobhájenoThe thesis is focused on mathematical modelling of vibro-impact systems, particularly on the modelling of the TVSA-T fuel assembly components vibration in WWER-1000/320 reactor. A methodology of the modelling of impact-interacting flexible one-dimensional bodies is formulated and the direct application of the method on guide thimbles and fuel rods vibration is performed. The model of guide thimble inserted into the spacer grids with radial clearances is formulated using finite element method for 1D Euler-Bernoulli continua. The potential contact forces between the thimble and spacer grid cells are respected, including friction forces. The model allows the analysis of maximum lateral dynamical deformations of the guide thimble during the vibration caused by pressure pulsations of coolant induced by main circulation pumps. Further, the stability analysis of guide thimbles in TVSA-T fuel assembly is performed with respect to axial pressure loading and spacer grid cells stiffness; both conservative and nonconservative analyses are performed. The model of the fuel rod is also based on finite element method for 1D continua and it consists of two subsystems; fuel rod cladding and fuel pellets stack. These subsystems can potentially impact-interact and the cladding can possibly impact-interact with the spacer grid cells. In all the contact points, normal and friction forces are considered and all three possible states are respected -- separation, slip and stick. Impact forces, sliding velocities, work and power of friction forces and other important characteristics are analysed in detail. The fretting wear of the cladding is analysed, as it is an important parameter that indicates mass decrease in the contact point caused by fuel assembly vibration due to the pressure pulsations of the coolant. Bifurcation analysis with respect to important constructional and operational parameters is performed using simplified model of the fuel rod. The influence of the coolant cross-flow on the vibration of fuel rod is analysed. All the models mentioned above and all the computational models implemented in MATLAB are composed in the way that they allow to analyse any fuel rod of any TVSA-T fuel assembly in the VVER-1000/320 reactor. Polyharmonic kinematical excitation is obtained as an output of the global model of the reactor and the linearized model of the fuel assembly. The methodology created for modelling of nuclear fuel rods or guide thimbles can be used for wide class of the impact-vibrating 1D systems where the inner or outer impact interactions can possibly occur

Dynamická analýza rázového kmitání soustavy s ozubeným převodem

The mechanical systems with impact motion introduce a large class of mechanical devices. Impact oscillations are usually perceived as undesirable and harmful dynamic phenomena. However, the impact motions can have positive e ects (impact forming machines, drop hammers, impact presses, etc.). The contribution presents a methodology of modelling of mechanical systems with contacts which include normal forces. Such systems are described by non-smooth mathematical models, and specific numerical strategies have to be employed to solve them (smoothing method, switch method, event. driven method). The methodology will be tested on a simplified model of test single-stage transmission.Široká třída aplikací je založena na přítomnosti rázových dějů v systému. Kmitání soustav s rázy je obvykle chápáno jako nežádoucí dynamický stav, přesto však může mít i pozitivní vliv (viz vibrolisy, buchary, atd.). Tento příspěvek představuje způsoby modelování mechanických soustav s kontakty, které uvažují normálové síly. Podobné systémy jsou popsány nehladkými matematickými modely, které vyžadují užití speciálních způsobů numerické integrace pohybových rovnic (metoda hlad čení nehladkých funkcí, přepínací model, metoda řízení integrace událostmi). Zmíněná metodologie je testována na zjednodušeném modelu testovací převodovky

Dynamic Analysis of Vibro-Impact Gear Drive System

The mechanical systems with impact motion introduce a large class of mechanical devices. Impact oscillations are usually perceived as undesirable and harmful dynamic phenomena. However, the impact motions can have positive eects (impact forming machines, drop hammers, impact presses, etc.). The contribution presents a methodology of modelling of mechanical systems with contacts which include normal forces. Such systems are described by non-smooth mathematical models, and specific numerical strategies have to be employed to solve them (smoothing method, switch method, event driven method). The methodology will be tested on a simplified model of test single-stage transmission