The verification of a piezoelectric vibration-suppression system with a multimode basic RLC shunt circuit and its comparison to a multi-mode current-flowing shunt circuit

• Autorzy: Ścisło Łukasz

Identyfikatory

DOI

10.37705/TechTrans/e2020002

Warianty tytułu

PL

Weryfikacja laboratoryjna piezoelektrycznego multimodalnego systemu redukcji drgań z obwodami RLC w porównaniu do prądowego multimodalnego obwodu bocznikującego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the modern methods of reducing vibrations of plates and beams is using piezoelectric materials in the form of distributed elements or patches (applied in a passive or an active system). However, for the multimodal response of a structure, there is no possibility to place the actuators in exactly the areas with maximum curvature values for each mode. Additionally, in the case of passive multimodal suppression systems – in which energy is needed to be supplied to the system – there is the necessity to create a complicated electrical circuit. The particular electrical shunts of the circuit are tuned to the specific vibration forms which require damping. The main objective of this article is to show the possibility of creating a multimodal vibration suppression system with typical resonant shunts and proposed second slightly modified.

PL

Jedną z metod redukcji drgań jest wykorzystanie elementów piezoelektrycznych w postaci przyklejonych warstw elementów lub rozłożonych na powierzchni struktury plastrach (w systemie pasywnym lub aktywnym). W przypadku tłumienia wielomodalnego nie jest możliwe znalezienie najlepszego miejsca dla wszystkich form jednocześnie. Dodatkowo w przypadku tłumienia pasywnego, gdzie wymagane jest dostarczenie energii do systemu, dla tłumienia wielomodalnego istnieje konieczność stworzenia skomplikowanego obwodu elektrycznego dostrojonego do częstotliwości rezonansowej konkretnych form drgań własnych. W artykule poruszono temat pasywnego tłumienia wielomodalnego belek. Zaprezentowano typowy sposób stworzenia obwodu eklektycznego oraz porównano z przypadkiem zmodyfikowanego obwodu.

Słowa kluczowe

EN

piezoelectric materials; piezoelectric effect; passive methods; vibration damping

PL

materiały piezoelektryczne; efekt piezoelektryczny; metody pasywne; tłumienie drgań

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki
• Czasopismo: Technical Transactions
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 117, iss. 1
• Strony: art. no. e2020002
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., il.

Twórcy

autor

Ścisło Łukasz

• Department of Automatic Control and Information Technology, Faculty of Electrical and Computer Engineering, Cracow University of Technology

Bibliografia

• Ahmadian, M., Jeric, K. M. (2001). On the application of shunted piezoceramics for increasing acoustic transmission loss in structures. J. Sound Vib., 243(2), 347–359.
• Batra, R. C., Dell’Isola, F., Vidoli, S., Vigilante, D. (2005). Multimode vibration suppression with passive two-terminal distributed network incorporating piezoceramic transducers. Int. J. Solids Struct., 42(11–12), 3115–3132.
• Behrens, S., Moheimani, O. R., Fleming, A. J. (2003). Multiple mode current flowing passive piezoelectric shunt controller. J. Sound Vib., 266(5), 929–942.
• Berardengo, M., Manzoni, S., Conti, A. M. (2017). Multi-mode passive piezoelectric shunt damping by means of matrix inequalities. J. Sound Vib., 405, 287–305.
• Goldstein, A. L. (2011). Self-Tuning multimodal piezoelectric shunt damping. J. Brazilian Soc. Mech. Sci. Eng., 33(4), 428–436.
• Granier, J. J., Hundhausen, R. J., Gaytan, G. E. (2002). Passive modal damping with piezoelectric shunts. Proc. SPIE, 1, 583–589.
• Hagood, N. W., Von Flotow, A. (1991). Damping of structural vibrations with piezoelectric materials and passive electrical networks, J. Sound Vib., 146(2), 243–268.
• Hansen, S. S. D. (2013). Active control of noise and vibration, second edition. Boca Racon: CRC Press Book.
• Hollkamp, J. J. (1994). Multimodal passive vibration suppression with piezoelectric materials and resonant shunts. J. Intell. Mater. Syst. Struct., 49–57.
• Khorshidi, K., Rezaei, E., Ghadimi, A. A., Pagoli, M. (2015). Active vibration control of circular plates coupled with piezoelectric layers excited by plane sound wave. Appl. Math. Model., 39(3–4), 1217–1228.
• Kozień, M. S., Koltowski, B. (2011). Comparison of active and passive damping of plate vibration by piezoelectric actuators – FEM Simulation. Acta Phys. Pol. Ser. a, 119(6), 1005–1008.
• Kozień, M. S., Ścisło, Ł. (2015). Simulation of control algorithm for active reduction of transversal vibrations of beams by piezoelectric elements based on identification of bending moment. Acta Phys. Pol. A, 128(1A), A-56-A-61.
• Kozień, M. S., Wiciak, J. (2010). Passive structural acoustic control of the smart plate – FEM simulation. Acta Phys. Pol. A, 118(6), 1186–1188.
• Lossouarn, B., Aucejo, M., Deü, J. F., Multon, B. (2017). Design of inductors with high inductance values for resonant piezoelectric damping. Sensors Actuators, A Phys., 259, 68–76.
• Moheimani, S. O. R., Fleming, A. J. (2006). Piezoelectric transducers for vibration control and damping. Berlin–Heidelberg: Springer Science & Business Media.
• Ścisło, Ł., Kozień, M. S. (2010). FEM analysis of a beam for piezolectric passive vibration control system. Czasopismo Techniczne, 2-M, 247–254.
• Ścisło, Ł., Kozień, M. S. (2011). Transient analysis of the vibrating beam with PZT elements using finite element method, Czasopismo Techniczne, 1-M, 75–81.
• Ścisło, Ł., Kozień, M. S. (2014). Analytical and numerical solutions for simulations of multimodal vibration reduction using piezoelectric elements. In ICSV20: 20th International Congress on Sound & Vibration (pp. 13–17). Bangkok: ICSV.
• Ścisło, Ł., Kozień, M. S. (2018). Experimental verification of a control algorithm based on measurement of bending moment by the strain measurement method used for active reduction of transversal vibrations of beams by piezoelectric elements. In ICSV25: 25th International Congress on Sound & Vibration (pp. 882–890). Hiroshima: ICSV.
• Wiciak, J. (2008). Wybrane zagadnienia redukcji drgań i dźwięków strukturalnych, Kraków: AGH.
• Yi, S., Ling, S. F., Ying, M. (2000). Large deformation finite element analyses of composite structures integrated with piezoelectric sensors and actuators. Finite Elem. Anal. Des., 35(1), 1–15.
• Żołopa, E., Brański, A. (2014). Analytical determination of optimal actuators position for single mode active reduction of fixed-free beam vibration using the linear quadratic problem idea. Acta Phys. Pol. A, 125(4A), A-155-A-158.

Uwagi

Section "Electrical Engineering"

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).