Electromagnetic damping of a mechanical harmonic oscillator with the effect of magnetic hysteresis

• Autorzy: Przybyłowicz P. M. , Szmidt T.

Warianty tytułu

PL

Tłumienie drgań mechanicznego oscylatora za pomocą elektromagnetycznego układu z pętlą histerezy

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a method of damping of mechanical vibrations by application of electromagnetic actuators. The physical phenomena that take place in such elements are related to magnetic induction and hysteresis. Induction, which consists in generation of electric current in a conductor placed within a variable magnetic field, has a precise quantitative description in form of the Faraday law. At the same time, magnetic hysteresis in ferromagnetic materials reflects the relation between magnetization of a given sample and magnitude of the external magnetic field that had been active during its whole history. Unfortunately, there is no at present a single commonly accepted model of this phenomenon. In this paper, some considerations by Bertotti (1998) are incorporated to this subject. The authors use a bilinear magnetization curve, which depicts the phenomenon of magnetic saturation. Analysis of the derived equations of motion of the coupled electromagneto-mechanical model revealed that the effect of hysteresis on reduction of vibration amplitude is rather of minor impact, however noticeable. At the same time, the electromagnetic damping itself is powerful. To support the conclusions, appropriate time histories, graphs of the logarithmic damping decrement as well as resonant characteristics are given here as in the previous authors’ paper.

PL

W pracy przedstawiono metodę tłumienia drgań mechanicznych za pomocą aktuatorów elektromagnetycznych. Zjawiskami fizycznymi zachodzącymi w takich elementach wykonawczych są indukcja magnetyczna i histereza. Indukcja, polegająca na wytwarzaniu prądu elektrycznego w przewodniku znajdującym się w zmiennym polu magnetycznym posiada precyzyjny opis ilościowy w postaci prawa Faradaya. Natomiast histereza magnetyczna w ferromagnetykach oznacza zależność namagnesowania próbki od wartości zewnętrznego pola magnetycznego, jakie występowało przez całą jej historię. Niestety, w chwili obecnej nie ma jednego powszechnie akceptowanego modelu opisującego to zjawisko. Autorzy tej pracy wykorzystali pewne refleksje zaczerpnięte z publikacji Bertottiego (1998) na ten temat. W rozważaniach użyto dwuliniową charakterystykę magnesowania, co pozwoliło odzwierciedlić zjawisko magnetycznego nasycenia rdzenia. Przeprowadzona analiza rozwiązań wyprowadzonych równań ruchu elektromagneto-mechanicznego modelu układu wykazała, że uwzględnienie zjawiska histerezy ma niewielkie znaczenie, jakkolwiek zauważalne. Jednocześnie skuteczność samej metody tłumienia elektromagnetycznego jest znaczna. Na potwierdzenie tych tez autorzy tej jak i poprzedniej pracy zaprezentowali odpowiedzi czasowe, wykresy logarytmicznego dekrementu tłumienia oraz charakterystyki rezonansowe badanego układu.

Słowa kluczowe

EN

damping of vibration; electromagnetic actuator; magnetic hysteresis; saturatio

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 47 nr 2
• Strony: 259--273
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys.

Twórcy

autor

Przybyłowicz P. M.

autor

Szmidt T.

• Warsaw University of Technology, Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw, Poland,

Bibliografia

• 1. Bertotti J., 1998, Hysteresis in Magnetism, Academic Press, San Diego
• 2. Dziedzic K., 2005, Dynamika wirników z aktywnym tłumieniem magnetycznym w łożyskach, rozprawa doktorska, PhD Thesis,Warsaw University of Technology [in Polish]
• 3. Dziedzic K., Kurnik W., 2002, Stability of a rotor with hybrid magnetohy-drodynamic support, Machine Dynamics Problems, 26, 4, 33-43
• 4. Fallah E., Moghani J.S., 2006, A new approach for finite-element modeling of hysteresis and dynamic effects, IEEE Transactions on Magnetics, 42, 11, 3674-3681
• 5. Knoepfel H.E., 2000, Magnetic Fields, John Wiley & Sons, Inc.
• 6. Kurnik W., 1994, Magnetic stabilization of a rotor with hydrodynamic bearings, Machine Dynamics Problems, 7, 117-133
• 7. Kurnik W., 1995, Active magnetic antiwhirl control of a rigid rotor supported on hydrodynamic bearings, Machine Dynamics Problems, 10, 21-36
• 8. Kurnik W., 1997, Bifurkacje dywergentne i oscylacyjne, WNT, Warszawa [in Polish]
• 9. Nicolaide A., 2001, Magnetism an Magnetic Materials: Theory, Properties, Modeling, Transilvania University Press
• 10. Ossart F., Meunier G., 1990, Comparison between various hystersis models and experimental data, IEEE Transactions on Magnetics, 26, 5, 2837-2839
• 11. Przybyłowicz P.M., 2001, Stability of a journal bearing sSystem with a divided and piezoelectrically controlled bearing shell, Mechanics and Mechanical Engineering, 5, 2, 103-110
• 12. Przybyłowicz P., Szmidt T., 2008,Magnetyczne tłumienie drgań oscylatora harmonicznego, Modelowanie inżynierskie, 35, 101-106