Numerical and experimental studies on the rotating rotor with three active composite blades

• Autorzy: Mitura A. , Gawryluk J. , Teter A.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2017.4.11

Warianty tytułu

PL

Badania numeryczne i eksperymentalne wirującego wirnika z trzema aktywnymi łopatami kompozytowymi

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, the dynamic behaviour of active composite blades were considered. Both numerical and experimental studies were performed. It was assumed that the rotor hub would be rotated at constant velocity. Experimental measurements were made. A special test rig was built which consisted of an active rotor with three composite blades, an electric drive system and a system of Digital Signal Processors. This DSP system was used for the excitation of the blades, control of the hub’s rotary velocity and data acquisition. The MFC patch and strain-gauge sensors were used. The influence of the hub’s rotary velocity and/or piezoelectric effect on the dynamic behaviour of the blades was determined. The numerical simulations were performed using two commercial simulation programmes: Abaqus and Matlab.

PL

W niniejszej pracy przedstawiono dynamikę aktywnych łopat kompozytowych. Przeprowadzono badania numeryczne i eksperymentalne. Założono, że wirnik obraca się ze stałą prędkością obrotową. Pomiary doświadczalne wykonano na stanowisku badawczym, składającym się z aktywnego wirnika z trzema łopatami, elektrycznego układu napędowego oraz procesora sygnałowego DSP. Układ elektroniczny z procesorem wykorzystano do wzbudzania łopat, kontroli prędkości obrotowej oraz pozyskania danych pomiarowych. W badaniach laboratoryjnych użyto elementy aktywne typu MFC oraz czujniki tensometryczne. W pracy określono wpływ prędkości obrotowej piasty oraz efektu piezoelektrycznego na dynamikę łopat. Symulacje numeryczne przeprowadzono z zastosowaniem programów: Abaqus oraz Matlab.

Słowa kluczowe

EN

MFC actuator; laminate; stiffening effect; softening effect; FEM

PL

aktywator MFC; laminat; efekt usztywniający; efekt zmiękczający; MES

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 19, no. 4
• Strony: 571--579
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Mitura A.

• Department of Applied Mechanics Faculty of Mechanical Engineering Lublin University of Technology ul. Nadbystrzycka 36, Pl-20-618 Lublin, Poland

autor

Gawryluk J.

• Department of Applied Mechanics Faculty of Mechanical Engineering Lublin University of Technology ul. Nadbystrzycka 36, Pl-20-618 Lublin, Poland

autor

Teter A.

• Department of Applied Mechanics Faculty of Mechanical Engineering Lublin University of Technology ul. Nadbystrzycka 36, Pl-20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• 1. Abaqus 6.14 documentation.
• 2. Bilgen O, Wang Y, Inman D J. Electromechanical comparison of cantilevered beams with multifunctional piezoceramic devices. Mechanical Systems and Signal Processing 2012; 27: 763-777, https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2011.09.002.
• 3. Brockmann T H. Theory of Adaptive Fiber Composites >From Piezoelectric Material Behavior to Dynamics of Rotating Structures. Springer Dordrecht Heidelberg London New York, 2009.
• 4. Brown G V, Kielb R E, Meyn E H, Morris R E, Posta S J. Lewis research center spin rig and its use in vibration analysis of rotating systems. NASA technical paper 2304, 1984.
• 5. Chaudhari N.B. Dynamics characteristics of wind turbine blade. International Journal of Engineering Research & Technology 2014; 3: 168173.
• 6. Chopra I, Sirohi J. Smart structures theory. First edition. New York: Cambridge University Press, 2013. https://doi.org/10.1017/ CBO9781139025164.
• 7. Chromek L. Design of the blisk of an aircraft turbojet engine and verification of its resonance free operation. Applied and Computational Mechanics 2016; 10: 17-26.
• 8. Hernandes J A, Almeida S F M, Nabarrete A. Stiffening effects on the free vibration behavior of composite plater with PZT actuators. Composite Structures 2000; 49: 55-63, https://doi.org/10.1016/S0263-8223(99)00125-7.
• 9. Kuo S Y. Stiffening effects on the natural frequencies of laminatem beams with piezo electric actuators. Journal of Aeronautics, Astronautics and Aviation 2010; 42: 67-72.
• 10. Latalski J. Modelling of a rotating active thin-walled composite beam system subjected to high electric fields. W: Advanced Methods of Continuum Mechanics for Materials and Structures, K. Naumenko, M. Assmus (eds.), Springer, Singapore 2016; 435-455, (ISBN 978-98110-0958-7), https://doi.org/10.1007/978-981-10-0959-4_24.
• 11. Latalski J. Modelling of macro fiber composite piezo electric active elements In Abaqus system. Eksploatacja i Niezawodnosc – Maintenance and Reliability 2011; 52(4): 72-78.
• 12. Latalski J, Bocheński M, Warmiński J, Jarzyna W, Augustyniak M. Modelling and simulation of 3 blade helicopter's rotor model. Acta Physica Polonica A 2014; 125(6): 1380-1383, https://doi.org/10.12693/APhysPolA.125.1380.
• 13. MathWorks documentation. <http://www.mathworks.com/help.html> (28.12.2016)
• 14. Sodano H A, Park G, Inman D J. An investigation into the performance of macro fiber composites for sensing and structural vibration applications. Mechanical Systems and Signal Processing 2004; 18: 683-697, https://doi.org/10.1016/S0888-3270(03)00081-5.
• 15. Smart Material. <http://www.smart-material.com/MFC-product-main.html> (28.12.2016).
• 16. Teter A, Gawryluk J. Experimental modal analysis of a rotor with active composite blades. Composite Structures 2016; 153: 451-467, https:// doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.06.013.
• 17. Truong K V, Yeo H, Ormiston R A. Structural dynamics modeling of rectangular rotor blades. Aerospace Science and Technology 2013; 30: 293-305, https://doi.org/10.1016/j.ast.2013.08.014.
• 18. Waisman H, Abramovich H. Active stiffening of laminatem composite beams Rusing piezo electric actuators. Composite Structures 2002; 58: 109-120, https://doi.org/10.1016/S0263-8223(02)00035 1.
• 19. Waisman H, Abramovich H. Variation of natural frequencies of beams Rusing the active stiffening effect. Composites Part B: Engineering 2002; 33: 415-424, https://doi.org/10.1016/S1359-8368(02)00031-8.