Inteligentne materiały w konstrukcjach inżynierskich

• Autorzy: Tylikowski A.

Warianty tytułu

EN

Intelligent materials in engineering structures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Najpopularniejszymi materiałami używanymi w budowie konstrukcji inteligentnych są materiały piezoelektryczne, materiały z pamięcią kształtu oraz ciecze magneto- i elektroreologiczne. Do opisu i klasyfikacji materiałów i konstrukcji zawierających elementy pomiarowe, wykonawcze oraz elementy układu sterowania stosuje się termin inteligentne lub adaptacyjne. Chociaż pojęcie układów lub konstrukcji inteligentnych może być stosowane w projektowaniu i wykonawstwie budynków, mostów, rurociągów, autostrad, pojazdów drogowych, aktualne badania koncentrują się głównie na zagadnieniach przemysłu kosmicznego i lotnictwa. Piezoelektryczne elementy z powodzeniem stosowano w zamkniętym układzie regulacji. Zwłaszcza drgania jednowymiarowych układów ciągłych były intensywnie badane pod względem możliwości zastosowań piezoelektrycznych elementów pomiarowych i wykonawczych. Materiały z pamięcią kształtu znalazły znaczne zastosowanie w hybrydowych kompozytach włóknistych ze względu na możliwości zmiany właściwości mechanicznych oraz możliwości generowania sił wewnętrznych. Zmiana ich sztywności wywołana jest termicznie wymuszoną przemianą martenzytyczną we włóknach wykonanych ze stopów z pamięcią kształtu. Przeprowadzone badania wykazały, że całkowita lub częściowa aktywacja zasadniczo wpływa na częstości własne, postacie drgań jak i właściwości akustyczne konstrukcji kompozytowych.

EN

The most common materials applied in intelligent systems are SMA. piezoelectric materials, electrorheological fluids, and magnetorheological fluids. Intelligent, smart, adaptive and other terms have all been used to describe and/or classify materials and structures which contain their own sensors, actuators and computational control capabilities and/or hardware. Although intelligent material systems and structure concepts can be applied to design and implementation of buildings, bridges, pipelines, ships, and ground-based vehicles, recent research efforts have been concentrated on potential aerospace and aircrafts applications. Piezoelectric sensors and actuators have been applied successfully in the closed-loop control. Comprehensive static and dynamic models for a piezoelectric actuator glued to a beam were presented. A dynamic model for a simply supported beam with a piezoelectric actuator perfectly bonded to each of its upper and lower surfaces was successfully developed. Shape memory alloy (SMA) hybrid composites are a class of materals capable of changing both their stiffnesses by applying in-plane loads and their elastic properties. This stiffness modification occurs as a result of thermally induced martensite phase transformation of SMA fibers embedded in usual laminated composite structures. Comprehensive studies investigating eigen-frequencies and eigen-functions of SMA hybrid adaptive panels with uniformly and piecewise distributed actuation indicate that the temperature activation effectively changes the eigen-frequencies and the mode shape of the plate.

Słowa kluczowe

PL

materiały inteligentne; konstrukcje inteligentne; materiały piezoelektryczne; pamięć kształtu

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 2
• Strony: 101--105
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Tylikowski A.

• Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej

Bibliografia

• [1] Anders W. S.. Rogers C. A.: Vibration and Iow frequency acoustic analysis of piecewise-activated composite panels. Proceedings of First Joint U.S./Japan Conference on Adaptive Structures. Ben K. Wada.J. L. Fanson. and Koryo Miura (Eds.). Technomic Publishing. Lancaster-Basel. 1991. 285-303
• [2] Bailey T.. Hubbard J. E.. Jr.: Distributed piezoelectric-polymer active vibration control of a cantilever beam. J. Guidance. Control and Dynamics, 8, 1985. 605-611
• [3] Baz A.. Poh S.. Ro J.. Gilheany J.: Control of the natural frequencies of Nitinol — reinforced composite beams. Journal of Sound and Vibration. 185. 1995. 171-185
• [4] Crawley E. F., de Luis J.: Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent Structures. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal, 25, 1987, 1373-1385
• [5] Dimitriadis E.. Fuller C. R.. Rogers C. A.: Piezoelectric actuators form distributed vibration excitation of min plates. Journal of Applied. Mechanics. 113. 1991. 100-107
• [6] Dosch J. J..InmanD. J.. GarciaE.: A self piezoelectric actuator for collocated control. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 3. 1992, 166-185
• [7] Hauke T., Kouvatov A. Z.. Steinhausen R.. Seifert W.. Langhammer H. T.. and Beige H.: Modelling of bending actuators based on functionally gradient materials, U. Gabbert, H.S. Tzou (Eds.), Smart Structures and Structonic Systems, Kluver, Dordrecht, 2001. 87-94
• [8] Krawczuk M., Ostachowicz W., Żak A.: Dynamika belki kompozytowej z włóknami nitinolu, Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej - Politechnika Śląska, Gliwice, 3, 1997. 111-116
• [9] Kurnik W.: Self-stabilization of a composite shaft via thermally adaptive plies, Proceedings of the First International Symposium Thermal Stresses and Related Topics. T. Noda, (BA), Hamamatsu, 1995, 541-544
• [10] Kurnik W., Przybyłowicz P. M., Tylikowski A.: Torsional vibrations actively attenuated by piezoelectric system, The 4-th Polish-German Workshop Dynamical Problems in Mechanical Sytems, R. Bogacz, G. P. Ostermeyer, K. Popp, (Eds.) IPPT PAN, Warszawa, 1995, 199-208
• [11] Liang C., Rogers C.A., and Malafeew E.: Investigation of shape memory polymers and their hybrid composites, Proceedings of the Second Joint Japan/U.S. Conference on Adaptive Structures, 1991, Nagoya, 789-802
• [12] Marcus M. A.: Depth dependence of piezoelectric activity in poly (vinylidene fluoride) transducers: Control and measurement, Journal of Applied Physics. 52, 1981, 6273-6278
• [13] Noda N.: Thermal stresses in functionally graded materials. Journal of Thermal Stresses, 1999, 22, 477-512
• [14] Pietrzakowski M.: Dynamie model of beam-piezoelectric actuator coupling for active vibration control, Journal of Theoretical and Applied Mechanics. 35, 1997, 3-20
• [15] Przybyłowicz P. M.: Torsional vibration control by active piezoelectric system, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 33, 1995, 809-823
• [16] Rogers C. A., Liang C.. Barker D. K.: Dynamie control concepts using shape memory alloy reinforced plates, Proceedings of the Conference of Smart Materials, Structures and Mathematical Issues, C. A. Rogers (EA), Technomic Publishing, Lancaster, 1989, 36-62
• [17] Sung C. C., Yaradan V. V., Bao X. Q., Yaradan V. K.: Active control of torsional vibration using piezoceramic sensors and actuators. Proceedings of AIAA/ASME/ASCE/AHS\-/ASC 31-st Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Part 4, AIAA-90-1130-CP, 1990. 2317-2322
• [18] Tylikowski A.: Stabilization of beam parametric vibrations, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 31, 1993, 657-670
• [19] Tylikowski A.: Dynamics of laminated beams with active fibers, 3-rd Polish -German Workshop Dynamical Problems in Mechanical Systems, B. Bogacz, K. Popp, (Eds.), Wierzba, IPPT PAN, Warszawa, 1993, 67-78
• [20] Tylikowski A.: Actiye control of mechanical distributed systems with stochastic parametric excitiations, Modelling and Optimization of Distributed Parameter Systems - Application to Engineering, (Eds.), K. Malanowski, Z. Nahorski, M. Peszyńska, Chapmann and Hali, London, 1996, 287-294
• [21] Tylikowski A.: Aktywne tłumienie drgań w ciągłych elementach maszyn i konstrukcji, [w:] Z. Osiński (Red.), Tłumienie Drgań, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1997, 404-427
• [22] Tylikowski A.: Piezoelektryczne materiały gradientowe i ich zastosowanie w aktywnym tłumieniu drgań, V Szkoła Metody Aktywne Tłumienia Drgań i Hałasu, Kraków-Krynica, 2001, 285-290
• [23] Tylikowski A.: Effects of piezoactuator delamination on the transfer functions of vibration control systems, International Journal of Solids and Structures, 38, 2001, 2189-2202
• [24] Tylikowski A.: Control of circular plate vibrations via piezoelectric actuators shunted with a capacitive circuit, Thin-Walled Structures, 39. 2001, 83-94
• [25] Tylikowski A., Frischmuth K.: Stability and Stabilization of circular plate parametric vibrations, International Journal of Solids and Structures, 40, 2003, 5187-5196
• [26] Ueda S.: Thermoelastic analysis of W-Cu functionally graded materials subjected to a thermal shock using a micromechanical model, Journal of Thermal Stresses, 24, 2001, 19-46
• [27] Wu W., Gordeninejad F., Wirth R. A.: Modelling and analysis of a shape memory alloy-elastomer composite actuator, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 7, 1996, 441-447
• [28] Yamanouchi M. et al.: Proc. First Int. Symposium on Functionally Gradient Materials, Sendai, 1990