DYNAMICS AND CONTROL OF VIBRATING WEBS IN A ROLL-TO-ROLL SYSTEM. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Phd_Dissertation_SAJID_ALI.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

الاهتزاز عامل يحد من إمكانية طباعة المميزات الصغيرة على الأشرطة المتحركة بين البكرات. تركز هذه الأطروحة على فهم الاهتزازات المتعامدة على الشريط المتحرك والمقرونة مع الأنظمة الديناميكية للبكرات، أيضاً توفر الأطروحة كذلك طريقة فريدة للتحكم باهتزازات الشريط وذلك بدمج العزم المنظم مع طاقة مبددة عند البكرة الأخيرة. الديناميكا لأنظمة مكونة من بكرتين وشريط واحد، ثلاث بكرات وشريطين، وخمس بكرات وأربعة أشرطة تم تحليلها باعتبار علاقات سرعة الشريط ومقدار شده. تحليل شامل ودقيق تم تقديمه لاختبار الاقتران بين ديناميكا البكرات والاهتزاز العرضي للأشرطة المتحركة السابقة ذكرها بين تلك البكرات. بناءً على أدلة من التجارب، جميع الأشرطة تم نمذجتها كخيوط. نماذج رياضية مكونة من معادلات تفاضلية مقترنة تم حلها باستخدام طريقة الفرق المحدود، والتي ساعدت بتحويل المعادلات التفاضلية الجزئية لمعادلات تفاضلية عادية من الدرجة الأولى. أيضاً تم اظهار بأن سرعة الأشرطة وشدها لقيم متغيرة مع الزمن، في حين أن كمية معينة من الشريط تم نقلها من البكرة الأولى إلى البكرة الأخيرة؛ كلاهما يتغير بشكل لا خطي، الاهتزاز العرضي للأشرطة المتحركة طولياً بين البكرات تميز بأنه غير دوري، مع تردد يتغير مع التغيرات في سرعة الشريط الطولية. من أجل التحكم في الاهتزازات المعامدة للشريط المتحرك طولياً، العزم المبذول عند البكرة الأولى تم تنظيمه لجعل سرعة الشبكة الطولية قريبة شبه ثابتة مع الزمن. بالإضافة لجعل نصف قطر البكرة الأخيرة مؤدياً للميل المثالي لتقليل مقدار الاهتزاز. التجارب التي تم عملها أظهرت بأن النتائج التحليلية والرقمية المستقاة من النماذج للنمذجة الميكانيكية ونماذج التحكم أدت إلى نتائج معقولة.

English Abstract

Vibration is a limiting factor of printing small features on a web within R2R systems, since it diversely affects the quality of the printed features. This dissertation focuses on understanding the transverse web vibrations coupled with R2R system’s dynamics; it also provides a unique method for controlling web vibration by combining torque regulation and energy dissipation at the rewinding roll. The dynamics of three roll-to-roll systems, including two rolls-one web span, three rolls-two web spans, and five rolls-four web spans, was analyzed to realize the axial speed-tension relationships. Rigorous analytical treatment is provided to examine the coupling between the roll-to-roll dynamics and the transverse vibration of the aforementioned axially moving webs between the rolls. Mathematical models of coupled differential equations are solved by utilizing a finite difference scheme / state space technique which helped in transforming hyperbolic partial differential equation into first-order ordinary differential equations. It was shown that the web axial speed and web-transmitted tension are not constants over time, while certain amount of web material is transferred from the unwinding roll to the winding roll; they vary nonlinearly after a short transient period. Based on the R2R system’s dynamics, the transverse vibration of the axially moving web between rolls was found to be non-periodic, with a higher frequency response corresponding to rapid changes in the web axial speed and a lower frequency response corresponding to slow changes in the web axial speed. In order to control the web transverse vibration of the axially moving web, the torques applied at the rewinding / unwinding rolls were regulated to make the web axial speed close to constant over the time of material transfer. This is combined with changing the rewinding roll radius to allow for an optimal web slope to minimize the vibration amplitude. Experiments conducted showed that the numerical results obtained for the control approach generated reasonable results.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Hawwa, Muhammad
Committee Members:	Khulief, Yehia and Hardt, David and Al-Qahtani, Hussain and El-Ferik, Sami
Depositing User:	SAJID ALI (g201310790)
Date Deposited:	15 May 2018 07:55
Last Modified:	31 Dec 2020 09:04
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140714