Design and Analysis of a Vibration Fixture Utilizing a Dual Shaker System Driven by a Single Shaker

Year 2024, Volume: 2 Issue: 3, 29 - 42, 31.12.2024

Özgür Deniz , Veysel Özdemir

https://doi.org/10.70988/ajeas.1600783

Abstract

In this study, a vibration fixture capable of testing larger and heavier structures during vibration tests was designed. The aim was to enable the execution of vibration tests by driving the system with a single shaker in cases where the dual shaker system could not operate synchronously. The brackets and connection plates of the designed fixture were manufactured using Al 6061 series aluminum material. For the linear motion system, the SRG 65 LC model from THK was selected. The fixture design was created using CATIA software, while the modal and dynamic analyses were performed using ANSYS software. The analyses were conducted within a frequency range of 5–100 Hz and a vibration profile of 0.25g magnitude. According to the results of the modal analysis, the natural frequency of the fixture along the X-axis was increased above 100 Hz. This ensured that the natural frequency was higher than the vibration profile frequency range, effectively preventing resonance. Consequently, vibration-induced energy was successfully transmitted. Following the analyses, the fixture was manufactured and mounted on the shaker along the X-axis for experimental testing. Data collected from accelerometers indicated that the vibration energy was transmitted smoothly.

Keywords

Vibration, Shaker, Natural Frequency, Mod Shapes

Ethical Statement

The authors of this article declare that the materials and methods used in their studies do not require ethics committee approval and/or any legal or special permission.

Supporting Institution

-

Thanks

I would like to extend my heartfelt gratitude to Prof. Dr. Veysel ÖZDEMİR for his valuable guidance and insights throughout every stage of this study, to my workplace manager and mentor Mr. Okan CELEP, and to my team member Mr. Mehmet Efe ÖZKAN.

Tek Sarsıcı ile Tahrik Edilen Çift Sarsıcı Sistemi Kullanan Titreşim Fikstür Tasarımı ve Analizi

Abstract

Bu çalışmada, titreşim testlerinde daha büyük boyutlu ve ağır yapıların test edilmesine olanak sağlayan bir titreşim fikstürü tasarlanmıştır. Özellikle çift sarsıcı sisteminde sarsıcıların senkron çalışamadığı durumlarda, tek bir sarsıcıdan tahrik verilerek titreşim testlerinin gerçekleştirilmesi hedeflenmiştir. Tasarımda kullanılan fikstürün braketleri ve bağlantı plakaları, Al 6061 serisi alüminyum malzemeden üretilmiştir. Lineer hareket sistemi için ise THK firmasına ait SRG 65 LC modeli tercih edilmiştir. Fikstürün tasarımı, CATIA yazılımı ile yapılmış, modal ve dinamik analizleri ise ANSYS yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Analizler, 5-100 Hz frekans aralığında ve 0.25g büyüklüğündeki bir titreşim profili üzerinden yapılmıştır. Modal analiz sonuçlarına göre fikstürün X eksenindeki doğal frekansı 100 Hz’in üzerine çıkarılmış, böylece titreşim profili frekans aralığından daha yüksek bir değere ulaşılmış ve rezonans etkili bir şekilde önlenmiştir. Bu sayede titreşim kaynaklı enerji başarılı bir şekilde aktarılmıştır. Analiz sonuçlarının ardından fikstür üretilmiş ve X ekseninde sarsıcıya monte edilerek deneysel testler gerçekleştirilmiştir. İvme ölçerlerden alınan verilerin titreşim enerjisini düzgün bir şekilde ilettiği gözlemlenmiştir.

Keywords

Titreşim, Sarsıcı, Doğal Frekans, Mod Şekilleri

Ethical Statement

Bu makalenin yazarı çalışmalarında kullandıkları materyal ve yöntemlerin etik kurul izni ve/veya yasal-özel bir izin gerektirmediğini beyan ederler.

Supporting Institution

-

Thanks

Bu çalışmanın her aşamasında değerli rehberliği ve kıymetli görüşleriyle katkı sağlayan Sayın Prof. Dr. Veysel ÖZDEMİR’e, iş yerindeki yöneticim ve akıl hocam Sayın Okan CELEP’e ve ekip arkadaşım Sayın Mehmet Efe ÖZKAN’a en içten teşekkürlerimi sunarım.

References

• T. S. Reddy and K. V. K. Reddy, "Design and analysis of vibration test bed fixtures for space launch vehicles," Indian Journal of Science and Technology, vol. 3, no. 5, pp. 592–595, 2010, Doi: 10.17485/ijst/2010/v3i5.15.
• K. Y. Yenilmez and Z. K. Kocabıçak, "Otomobil Yan Geri Görüş Aynası İçin Titreşim Fikstürü Tasarımı ve Analizi," El-Cezerî Journal of Science and Engineering, vol. 9, no. 1, pp. 12–23, 2022, Doi: 10.31202/ecjse.910478.
• E. D. Barros and C. D. Souto, "Evaluation of a Vibration Text Fixture," The International Journal of Acoustics and Vibration, vol. 22, no. 3, 2017, Doi: 10.20855/ijav.2017.22.3480.
• J. Y. Kim, W. B. Jeong, S. B. Lee, and B. H. Lee, "An Experimental Approach for Structural Dynamic Modification of Fixture in Vibration Test Control," JSME International Journal Series C, vol. 44, no. 2, pp. 334–340, 2001, Doi: 10.1299/jsmec.44.334.
• H. Luo, C. Yu, T. Wu, and H. Wang, "Structure Design and Dynamic Characteristic Analysis of Vibration Fixture," 2018 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), Changchun, China, pp. 1515-1519, 2018, doi: 10.1109/ICMA.2018.8484271.
• N. Kusnandar, H. Firdaus, I. Kasiyanto, et al., "Performance evaluation of test fixtures for vibration testing of electric vehicle batteries," AIP Conference Proceedings, vol. 3069, 020074, 2024, Doi: 10.1063/5.0205748.
• M. Żółtowski and K. Napieraj, "Experimental modal analysis in research," Civil Engineering and Architecture, vol. 16, no. 3, pp. 5–12, 2017, Doi: 10.24358/Bud-Arch_17_163_01.
• A. Yücel, "Bir dizel gemi jeneratörünün operasyonel modal analizi," BAUN Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, vol. 23, no. 1, pp. 224–233, 2021, Doi: 10.25092/baunfbed.848854.
• Y. Han, Y. Zhang, X. Li, J. Wang, and Z. Liu, "Design and Dynamic Analysis of Random Vibration Test Fixture for Aerospace Valve," in Proceedings of the 2021 Global Reliability and Prognostics and Health Management (PHM-Nanjing), pp. 1-6, 2021, Doi: 10.1109/PHM-Nanjing52125.2021.9612798.
• J. Wu, J. D. Van Den Avyle, and S. W. Banovic, "Vibration analysis of medical devices with a calibrated FEA model," Computers and Structures, vol. 80, no. 12, pp. 1081–1086, 2002, Doi: 10.1016/S0045-7949(02)00067-6.
• K. S. Goud and S. P. Jena, "Modeling and analysis of vibrating fixtures," AIP Conference Proceedings, vol. 2648, no. 1, p. 020028, 2022, Doi: 10.1063/5.0114500.
• W. X. Shen, W. S. Ma, and L. W. Zhang, "Research on the design of fixture for motor vibration test," IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 324, 012067, 2017, Doi: 10.1088/1757-899X/324/1/012067.
• D. F. Kaya and M. Nalbant, "Titreşim Fikstürlerinde Vibrasyon Ölçümleriyle Sonlu Elemanlar Model Sonuçlarının Karşılaştırılması," Muş Alparslan Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol. 2, no. 1, pp. 1–17, 2021.
• A. Sharma, S. K. Yadav, A. Yadav, V. Kumar, and A. Kumar, "Comparison of Static and Harmonic Response of Structural Steel and Aluminium Alloy Automotive Shock Absorbers," in Advances in Materials Processing and Manufacturing Applications, pp. 241–249, 2021, Doi: 10.1007/978-981-16-0909-1_24.
• A. Reddy and H. Kamsini, "Design and Development of Vibration Testing Fixtures," International Journal of Students’ Research In Technology & Management, vol. 4, no. 1, pp. 8–11, 2016, Doi: 10.18510/ijsrtm.2016.413.
• M. Zou, Y. Zhang, S. Wang, X. Li, and J. Yang, "Investigation on multiple-frequency synchronization experiment of vibration system with dual-rotor actuation," Mechanical Systems and Signal Processing, vol. 164, 108261, 2022, Doi: 10.1016/j.ymssp.2021.108261.
• X. Li, T. Yang, W. Li, M. J. Brennan, M. Zhu, and L. Wu, "On the adaptive synchronous control of a large-scale dual-shaker platform system," Journal of Vibration and Control, vol. 29, no. 7–8, pp. 1644-1655 2022, Doi: 10.1177/10775463211068905.
• İ. Yıldırım, R. Meral, C. Güven et al., "Aviyonik Ürün Doğrulamasında Titreşim Fikstürü Tasarımı," Uludağ Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, vol. 28, no. 3, pp. 905-914, 2023, Doi: 10.17482/uumfd.1245479.
• R. Toniolo, "THK: CLB Crossed Linear Bearing Seismic Isolators," AIP Conference Proceedings, vol. 1020, pp. 1483–1492, 2008, Doi: 10.1063/1.2963774.
• X. Chen, X. Peng, and Z. Gu, "Optimal Design of Vibration Fixture and Analysis of its Vibration Characteristics," in Proceedings of the 2021 4th World Conference on Mechanical Engineering and Intelligent Manufacturing (WCMEIM), 2021, Doi: 10.1109/WCMEIM54377.2021.00092.