Multiple piezoelectronic segments in structural vibration control

• Autorzy: Pietrzakowski M.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents active damping of structural vibration of a simply supported beam exited by a time-dependent concentrated force. This control is realized by means of multiple piezoelectric patches working as collocated sensors and actuators. The attention is focused on suppression of low vibration modes. The control low is based on the velocity as well as proportional-velocity ffeedback. To simplify the analysis, dynamic responses of the system are obtained by adopting the static model of piezoelement-substructure coupling which is formulated assuming the perfect bonding and negligible bending stiffness and mass of distributed sensors and actuators. An influence of spatial arrangement of sensor/actuator pairs on active damping efficiency is numerically investigated. The effective set of sensor/actuators with the controllers incorporating the proportional-velocity actions is proposed. Some results based on a simple model of the mechanical system are compared with those obtained in the case when the activated section is modelled as a laminated beam, and when the dynamic model of actuator-beam interaction, which includes the finite-thickeness shear bonding layer, is applied. This comparison shows that a sufficiently stiff glue layer between the actuator and basic structure, and thin piezoelements (when compared to the beam thickness) allow for using of the static coupling model.

PL

Segmenty piezoelektryczne w sterowaniu procesem drgań. Praca dotyczy aktywnego tłumienia drgań swobodnie podpartej belki obciążonej zmienną w czasie skupioną siłą. Sterowanie jest realizowane za pomocą rozłożonych elementów piezoelektrycznych tworzących zespół par pomiarowo-wykonawczych. Głównym celem jest ograniczenie amplitud niskich postaci drgań. Jako funkcję sterowania przyjęto prędkościowe oraz proporcjonalno-prędkościowe sprzężenie zwrotne. W analizie dynamicznej, w celu uproszcenia obliczeń, zastosowano statyczny model oddziaływania piezoelementów idealnie połączonych z belką, zaniedbując ich masę i sztywność zginania. Na podstawie wyników stymulacji cyfrowej pokazano wpływ rozmieszczenia par pomiarowo-wykonawczych na skuteczność aktywnego tłumienia wybranych postaci drgań. Zaproponowano efektywny, segmentowy układ pomiarowo-wykonawczy z proporcjonalno-prędkościową funkcją regulacji. Wyniki odpowiadające uproszczonemu modelowi układu mechanicznego porównwno z rezultatami uzyskanymi przy zastosowaniu teorii belek laminowanych do opisu właściwości odcinków belki z piezoelementami, a także, opisując oddziaływanie elementu wykonawczego przez dynamiczny model uwzględniający ścinaną warstwę łączącą. Przedstawione porównanie uzasadnia stosowanie uproszczonego modelu obliczeniowego w przypadku dostatecznie sztywnej warstwy kleju i stosunkowo cienkich, w odniesieniu do grubości belki, elementów piezoelektrycznych.

Słowa kluczowe

EN

active damping; piezoelement; segmentation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 38 nr 1
• Strony: 35--50

Twórcy

autor

Pietrzakowski M.

• Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• 1. BAILEY T., HUBBARD J.E., 1985, Distributed Piezoelectric-Polymer. Active Vibration Control of a Cantilever Beam, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 8, 605-611.
• 2. CLARC R.L., FULLER CH.R., WICKS A., 1991, Characterization of Multiple Piezoelectric Actuators for Structural Excitation, J. Acoust. Soc. Am., 90, 346-357.
• 3.CRAWLEY E.F., DE LUIS J., 1987, Use of Piezoelectric Actuators as Elements of Intelligent Structures, AIAA J., 25, 1373-1385.
• 4.DIMITRTADIS E., FULLER C.R., ROGERS C.A., 1991, Piezoelectric Actuators for Distributed Vibration Excitation of Thin Plates, Journal of Applied Mechanics, 113, 100-107.
• 5. JIE PAN, HANSEN C.H., SNYDER S.D., 1991, A Study of the Response of a Simply Supported Beam to Excitation by a Piezoelectric Actuator, Proceedings of the Conference on Recent Advances in Active Control of Sound and Vibration, Virginia, 39-49.
• 6. LEE C.K., CHIANG W.W., O'SULLIVAN T.C., 1991, Piezoelectric Modal Sensor/Actuator Pairs for Critical Active Damping Vibration Control, J. Acoust. Soc. Am., 90, 374-384.
• 7. NEWMAN M.J., 1991, Distributed Active Vibration Controllers, Proceedings of the Conference on Recent Advances in Active Control of Sound and Vibration, Virginia, 579-592.
• 8. PIETRZAKOWSKI M., 1994, Modal Control of One-Dimensional Composite Plates, Machine Dynamics Problems, 9, 83-98.
• 9. PIETRZAKOWSKI M., 1997, Dynamic Model of Beam-Piezoceramic Actuator Coupling for Active Vibration Control, J. of Theoretical and Applied Mechanics, 35, 1, 3-20.
• 10.TYLIKOWSKI A., 1993a, Dynamics of Laminated Beam with Active Fibers, Proceedings of the 3-rd Polish-German Workshop on Dynamical Problems in Mechanical Systems, R. Bogacz, and K. Popp (edit.), Wierzba, IPPT PAN, 67-78.
• 11.TYLIKOWSKI A., 1993b, Stabilization of Beam Parametric Vibrations, J. of Theoretical and Applied Mechanics, 31, 3, 657-670.
• 12. TYLIKOWSKI A., 1999, Stabilization of Beam Parametric Vibrations by means of Distributed Piezoelectric Elements, J. of Theoretical and Applied Mechanics, 37, 2, 241-254.
• 13. Tzou H.S., Fu H.Q., 1992, A Study on Segmentation of Distributed Piezoelectric Sensors and Actuators; Part 1 - Theoretical Analysis, Active Control of Noise and Vibration, ASME, DSC-38, 239-46.