Oscillations of finite-dimensional models of an extensible catenary

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

This article is devoted to the study of natural oscillation frequencies of finite-dimensional models of a stretchable flexible catenary. An analytical solution for two- and three-dumbbell models is presented, as well as the results of computer modeling of a twenty-dumbbell model of a stretchable catenary. In the case of an analytical approach, a coordinate solution method is used, in which the coordinates of the concentrated masses of dumbbell models in a deflected position are calculated. In the case of the numerical approach, the MSC.ADAMS software package is used, which allows analyzing the statics, kinematics, and dynamics of multibody systems. The results obtained for the considered stretchable catenary models are in good qualitative agreement with each other. Besides, when considering the limit transitions from the stretchable variant to the non-stretchable one, there is also a good consistency of the expected effects with the found results. For a finite-dimensional twenty-dumbbell model of a non-stretchable catenary with concentrated parameters, the first three dimensionless frequencies are compared with the frequencies of a continuous model, the values of which were found earlier. There is an excellent similarity of the results, confirming the applicability of the twenty-dumbbell scheme for describing the dynamics of catenary at low oscillation frequencies. In addition to determining the frequencies familiar to the classical non-stretchable catenary, an analysis of new ''migrating'' frequencies is carried out, which appear as a result of the emergence of additional degrees of freedom due to the consideration of stretchability. Frequency dependencies on the parameter characterizing the compliance of the catenary are constructed, which allows for estimating how quickly the ''migrating'' frequencies move from the high-frequency range to the low-frequency zone as the stiffness of the chain weakens. The formulas obtained and the models considered have both theoretical value and good applicability for applied tasks.

About the authors

Egor A. Degilevich

Institute for Problems in Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences;

ORCID iD: 0000-0003-0142-4561
SPIN-code: 2976-3360
61 Bolshoi prospect V.O., St. Petersburg 199178, Russia

Alexey S. Smirnov

Institute for Problems in Mechanical Engineering of the Russian Academy of Sciences; Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University

ORCID iD: 0000-0002-6148-0322
SPIN-code: 5464-2279
Scopus Author ID: 57220787764
ResearcherId: ABG-4971-2021
61 Bolshoi prospect V.O., St. Petersburg 199178, Russia

References

  1. Меркин Д. Р. Введение в механику гибкой нити. Москва : Наука, 1980. 240 с.
  2. Chen G., Yang Y., Yang Y., Li P. Study on Galloping Oscillation of Iced Catenary System under Cross Winds // Shock and Vibration. 2017. Art. 1634292. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/1634292
  3. Liu Z., Song Y., Wang Y., Wang H., Gao S. The catenary vibration response of high-speed electrified railway considering horizontal wind // Proceedings of the 2013 International Conference on Electrical and Information Technologies for Rail Transportation (EITRT2013)-Volume I. Lecture Notes in Electrical Engineering. Berlin, Heidelberg : Springer, 2014. Vol. 287. P. 45–54. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-53778-3_5
  4. Hatibovic A., Kádár P. An algorithm for the parabolic approximation of the catenary applicable in both inclined and level spans // 2018 International IEEE Conference and Workshop in Óbuda on Electrical and Power Engineering (CANDO-EPE). Budapest, Hungary, 2018. P. 217–222. DOI: https://doi.org/10.1109/CANDO-EPE.2018.8601137
  5. Rawlins C. B. Effect of non-linearity in free large oscillations of a shallow catenary // Journal of Sound and Vibration. 2004. Vol. 273, iss. 4–5. P. 857–874. DOI: https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00646-1
  6. Смирнов А. С., Дегилевич Е. А. Колебания цепных систем. Санкт-Петербург : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2021. 246 с. EDN: XIOEBN
  7. Klaycham K., Nguantud P., Athisakul C., Chucheepsakul S. Free vibration analysis of large sag catenary with application to catenary jumper // Ocean Systems Engineering. 2020. Vol. 10, iss. 1. P. 67–86. DOI: https://doi.org/10.12989/ose.2020.10.1.067
  8. Дегилевич Е. А., Смирнов А. С. Моделирование цепной линии и ее модификаций // Труды семинара «Компьютерные методы вмеханике сплошной среды» 2021–2022 гг. Санкт-Петербург : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. С. 24–41. EDN: QSUXMG
  9. Mwape C. J., Hong T. S, Wu W. B. Static Studies of a steel chain ropeway section using Msc Adams//AdvancedMaterials Research. 2011. Vol. 328–330. P. 1031–1036. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.328-330.1031
  10. Suvanjumrat C., Suwannahong W., Thongkom S. Implementation of multi-body dynamics simulation for the conveyor chain drive system // The 3rd International Conference on Mechatronics and Mechanical Engineering (ICMME 2016). 2017. Vol. 95. Art. 06006. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/20179506006
  11. Исполов Ю. Г. Вычислительные методы в теории колебаний. Санкт-Петербург : Изд-во Политехнического ун-та, 2008. 124 с. DOI: https://doi.org/10.18720/SPBPU/2/si20-160, EDN: QJUVVH

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».