Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Controller design and implementation for active vibration suppression of a piezoelectric smart shell structure

Gabbert U., Nestorović-Trajkov T., Koppe H.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2005

|

Vol. 43 nr 3

487--500

EN

The paper is dealing with the model based controller design for a shell structure attached with piezoelectric patches as actuators and sensors. The state-space model used for the controller design was obtained using the finite element (FE) approach, modal analysis and modal reduction resulting in a form convenient for the controller development. The optimal LQ controller was designed for the vibration suppression purposes of a funnel shaped shell structure. The design model for the controller development was augmented with additional dynamics which takes into account excitations/disturbances, contributing thus to a better vibration suppression. The controller was implemented on a funnel-shaped piezoelectric structure. The structure was intensively investigated experimentally, and the achieved results of the controlled behaviour with respect to vibration suppression are presented and discussed.

PL

Praca dotyczy problemu modelowego projektowania struktury powłokowej z naklejonymi do niej elementami piezoelektrycznymi. Zastosowany w procesie projektowania model, który opisano w przestrzeni stanu, został sformułowany za pomocą metody elementów skończonych, analizy modalnej i modalnej redukcji, co dało wygodny do implementacji rezultat. Optymalny sterownik LQ zaprojektowano w celu ograniczenia amplitudy drgań struktury powłokowej o lejkowatym kształcie. Użyty model został uzupełniony o zjawiska dynamiczne uwzględniające zewnętrzne wymuszenia i zakłócenia oddziaływujące na powłokę, co poprawiło docelową efektywność aktywnego tłumienia drgań. Ostatecznie, dokonano praktycznego wdrożenia sterownika, który współpracował z lejkowato-kształtną powłoką wyposażoną w piezoelektryczne czujniki i elementy wykonawcze. Powłokowa struktura została następnie poddana badaniom eksperymentalnym, a rezultaty pomiarów w kontekście skuteczności redukcji drgań uzyskanej wskutek implementacji analizowanego sterownika zaprezentowano i omówiono w pracy.

2

Modeling of smart composite shell structures

Gabbert U., Koppe H, Seeger F., Berger H.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2002

|

Vol. 40 nr 3

575-593

EN

Recently, thin piezoelectric foils or fibers with a thickness between ... and ... have been manufactured and used sensor/actuator components of smart composite structures. The paper deals with the mathematical analysis and numerical simulation of such smart composite structures. A concept for laminated thin finite shell elements with active and passive layers considering three different approaches is introducted. In a test case the applicability of these different approaches is investigated and discussed. To verify the suitability of the algorithm for analyzing composite structures a practical example of a composite consisting of piezoelectric fibres embedded in a matrix material is considered. At first, the introduced composite shell elements are used, where the piezoelectric fibers are modeled as active layers in a smeared form. At second, a discrete concept is used, where the piezoelectric fibers are modeled as one-dimensional truss-like finite elements which are embedded into conventional finite elements by the penalty technique. These two approaches are discussed and compared.

PL

Ostatnie osiągnięcia w dziedzinie konstrukcji "inteligentnych" zwracają uwagę na zastosowanie cienkich folii i włókien piezoelektrycznych o grubości ... jako czujników i elementów wykonawczych w aktywnych kompozytach. W pracy zawarto matematyczną analizę i wyniki symulacji numerycznych dla takich właśnie kompozytów. Wprowadzono koncepcję powłokowych laminowanych elementów skończonych z warstwami aktywnymi i pasywnymi oraz zaproponowano trzy różne podejścia, których możliwość zastosowania i przydatność przedyskutowano dla badanego przypadku. Przy weryfikacji adekwatności zaprezentowanego algorytmu do analizy aktywnych układów kompozytowych posłużono się przktycznym przykładem laminatu zawierającego włókna piezoelektryczne osadzone w materiale osnowy. Początkowo użyto wprowadzone powłokowe elementy skończone. gdzie włókna piezoelektryczne zamodelowano jako aktywne warstwy w formie rozmytej. Następnie zastosowano koncepcję układu dyskretnego, w którym włókna piezoelektryczne przedstawiono w formie jednowymiarowych kratowo-podobnych elementów skończonych wbudowanych w konwencjonalne elementy skończone przy użyciu techniki funkcji kary. Te dwie metody przedyskutowano i porównano.

3

Finite element analysis and design of piezoelectric controlled wmart structures

Berger H., Gabbert U., Koppe H., Seeger F.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2000

|

Vol. 38 nr 3

476-498

EN

The paper gives an overview of about recent developements in modelling, numerical analysis and design of piezoelectric controlled smart structures. Then, the theoretical basis of a general purpose finite element simulation tool developed by the authors is presented. This tool contains a number of coupled thermo-electro-mechanical 1D, 2D, 3D as well as layered plate and shell finite elements for simulating controlled structures in static and dynamic applications, where also optimization algorithms (e.g. for actuator location) can be included. Finally, three examples; i.e., actively controlled beam, vibration isolation of a box, and vibration isolation of a plate as a part of an exited cylinder structure, are presented to demonstrate the capability and efficiency of the simulation and design tool.

PL

Zastosowanie metody elementów skończonych do analizy i projektowania piezoelektrycznie sterowanych konstrukcji inteligentnych Praca daje przegląd nowych osiągnięć z zakresu modelowania, analizy numerycznej i projektowania konstrukcji inteligentnych z piezoelektrycznymi elementami wykonawczymi. Omówiono teoretyczne podstawy opracowanych przez autorów narzędzi symulacyjnych korzystających z metody elementów skończonych. Narzędzie to zawiera zarówno jedno-, dwu- i trójwymiarowe sprzężone elementy termo-elektro-mechaniczne, jak i elementy skończone nadające się do symulacji statyki i dynamiki płyt i powłok warstwowych ze sterowaniem. Możliwe jest również włączenie algorytmów optymalizacyjnych, np. służących do optymalnego wyznaczania położenia aktuatora. Aktywnie sterowana belka, zagadnienie wibroizolacji pojemnika oraz wibroizolacji płyty jako części pobudzanej konstrukcji walcowej są przykładami pokazującymi możliwości i efektywność opracowanego narzędzia.

4

On modelling and analysis of piezoelectric smart structures by the finite element method

Gabbert U., Berger H., Koppe H., Cao X.

Applied Mechanics and Engineering

|

2000

|

Vol. 5, no 1

127-142

EN

In the paper, a general purpose finite element software for the simulation of piezoelectric material systems and controlled smart structures is presented. The equations of coupled electromechanical problems are given in a weak form, which are used for the development of 1D, 2D, 3D as well as multilayered composite shell elements. The smart structures finite element code includes static and dynamic analysis, where also controlled problems can be simulated. To demonstrate the capability of the simulation tool some test examples are reviewed.