Adaptive vibration control through a SMA embedded panel

• Autorzy: Diodati G. , Ameduri S. , Concilio A.

Warianty tytułu

PL

Adaptacyjne sterowanie drganiami w panelu zawierającym elementy ze stopu z pamięcią kształtu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Dynamic behavior of structural elements and their performance in terms of noise and vibration control may be remarkably affected by several parameters, like geometry, material properties, stress field, etc. Ability of adaptively controlling one or more of these parameters leads to a structure fitting different requirements in several working conditions. Research activities presented in this work are focused on the design of a fiberglass laminate structural element with SMA wires embedded along the widest dimension. SMA contraction by the Joule effect heat adduction leads, if suitably constrained on the edges, to an internal stress field with a consequent over-all stiffness increase. The finite element code MSC.NASTRAN is used to simulate the whole system made of a plate and SMA wires controlling elements. The behavior of the SMA is modeled through the NASTRAN card CELAS that allows one to consider the additional SMA activation stiffness with a suitable "spring" constant, depending on the wire temperature and a suitable discretization parameter. The finite difference model of the SMA is achieved and integrated in the FEM solver.

PL

Właściwości dynamiczne elementów konstrukcyjnych oraz ich cechy rozważane pod kątem sterowalności drganiami i hałasem mogą być znacząco zmieniane takim parametrami jak geometria, właściwości materiałowe, pole naprężeń, itp. Zdolność do modyfikacji jednego lub więcej z wyżej wymienionych parametrów tworzy konstrukcję adaptowalną do różnych warunków pracy. Badania opisane w artykule dotyczą panelu wykonanego z laminatu wzmacnianego włóknem szklanym i dodatkowo zawierającego druty ze stopu z pamięcią kształtu (SMA) umieszczone wzdłuż największego wymiaru panelu. Kurczenie się stopu wywołane efektem Joule'a przy obecności źródła ciepła wytwarza wewnętrzne pole naprężeń, które prowadzi wprost do zwiększenia sztywności panelu. Do analizy całego układu laminowanej płyty i zatopionych drutów SMA użyto pakietu MSC.NASTRAN. Zachowanie SMA symulowano w pakiecie za pomocą karty CELAS, która pozwoliła na uwzględnienie dodatkowej sztywności od aktywacji SMA poprzez wprowadzenie nowej "sprężyny" o sztywności zależnej od temperatury oraz zadeklarowanego parametru dyskretyzacji. Model SMA wygenerowany metodą elementów skończonych poddano całkowaniu wewnątrz zastosowanego pakietu MES.

Słowa kluczowe

EN

SMA; embedding; vibration

PL

SMA; drgania

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 45 nr 4
• Strony: 919--930
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Diodati G.

autor

Ameduri S.

autor

Concilio A.

• The Italian Aerospace Research Centre, CIRA ScpA, Italy,

Bibliografia

• 1. Baz A., Poh S., Ro J., Gilheany J., 1995, Control of the natural frequencies of nitinol-reinforced composite beams, Journal of Sound and Vibration, 185, 1, 171-185
• 2. Blevins R.D., 2001, Formulas for Natural Frequency and Mode Shape, Krieger Publishing Company, Malabar Florida, p. 144
• 3. Brinson L.C., 1993, One-dimensional constitutive behavior of shape memory alloys: thermomechanical derivation with non-constant material functions and redefined martensite internal variable, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 4, 2, 229-242
• 4. Diodati G., Ameduri S., Natural Frequencies of a Coupled Beam-String System, Technical Report CIRA-TR-06-0187
• 5. Ford D.S., White S.R., 1996, Thermomechanical behaviour of 55Ni45Ti nitinol, Acta Materialia, 44, 6, 2295-2307
• 6. Fuller C.R., Elliott S.J., Nelson P.A., 1996, Active Control of Vibration, Academic Press Ltd., London
• 7. Gandhi F., Wolons D., 1999, Characterization of the pseudoelastic damping behaviour of shape memory alloy wires using complex modulus, Journal of Smart Material Structures, 8, 49-56
• 8. Gao X., Burton D., Brinson L.C., 2004, Finite element simulation of a self-healing shape memory alloy composite, Mechanics of Materials, in press
• 9. Ghomshei M.M., Khajepour A., Tabandeh N., Behdinan K., 2001, Finite element modeling of shape memory alloy composite actuators: theory and experiment, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 12, 11, 761-773
• 10. Lagoudas D.C., Moorthy D., Qidway M.A., Reddy J.N., 1997, Modelling of the thermomechanical response of active laminates with SMA strips using the layerwise finite element method, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 8, 6, 476-488
• 11. Marfia S., Sacco E., Reddy J.N., 2003, Superelastic and shape memory effects in laminated shape memory alloy beams, AIAA Journal, 41, 1, 100-109
• 12. Ostachowicz W., Krawczuk M., Zak A., 1998, Natural frequencies of multi-layer composite plate with embedded shape memory alloy wires, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 9, 3, 232-237
• 13. Otsuka K., Wayman C.M., 1998, Shape Memory Materials, Cambridge University Press, Cambridge
• 14. Piedboeuuf M.C., Gauvin R., Thomas M., 1998, Damping behaviour of shape memory alloys: strain amplitude, frequency and temperature effects, Journal of Sound and Vibration, 214, 5, 885-901
• 15. Rogers C.A., Baker D.K., Jaeger C.A., 1989a, Introduction to Smart Materials and Structures, Smart Materials, Structures, and Mathematical Issues, Technomic Publishing Company, Inc.
• 16. Rogers C.A., Liang C., Baker D.K., 1989b, Dynamic Control Concepts Using Shape Memory alloy Reinforced Plates, Smart Materials, Structures, and Mathematical Issues, Technomic Publishing Company, Inc.
• 17. Rogers C.A., Liang C., Fuller C.R., 1991, Modelling of shape memory alloy hybrid composites for structural acoustic control, Journal of Acoustical Society of the America, 89, 210-220
• 18. Rogers C.A., Robertshaw H.H., 1988, Shape Memory Alloy Reinforced Composite, Engineering Science Preprints 25, Society of Engineering Science, Inc., ESP25.8027
• 19. Sun S.S., Sun G., Wu J.S., 2002, Thermo-viscoelastic bending analysis of a shape memory alloy hybrid epoxy beam, Smart Materials and Structures, 11, 6, 970-975
• 20. Zak A., Cartmell M., Ostachowicz W., 2003a, Static and dynamic behaviour of composite structures with shape memory alloy components, Materials Science Forum, 440/441, 345-352
• 21. Zak A.J., Cartmell M.P., Ostachowicz W., 2003b, Dynamics of multilayered composite plates with shape memory alloy wires, Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME, 70, 3, 313-327