Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Numerical investigations on the dynamic behaviour of a 2-DOF airfoil with application in energy harvesting system

Haniszewski Tomasz, Gąska Damian, Margielewicz Jerzy, Opasiak Tadeusz

Zeszyty Naukowe. Transport / Politechnika Śląska

|

2023

|

z. 118

77--91

EN

This article presents the basic airfoil model with two degrees of freedom - the semi-rigid model, where its forced vibrations were considered, and the exciting force is the aerodynamic force, including its periodic changes, that is, gusts. Since the phenomenological model under study has a coupled form, its versions after decoupling are presented, which has an impact on the results of the final research. The airfoil model presented in this way was shown from the application side in the system of a simple energy harvester based on a deformable beam with piezoelectric elements. The result of the simulation tests is a preliminary analysis of the possibility of using the airfoil as a vibration generator for the energy harvesting system. Along with the application of the mechanical part, a numerical simulation of the electrical part was also implemented, related to the transformation of the voltage generated by piezoelectric elements into a constant voltage signal with a connected receiver with power consumption similar to the Atmega microcontroller with battery charging.

2

Wyznaczanie maksymalnego modułu ścinania popiołów składowanych na składowisku mokrym

Łukasik S., Witowski M.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2018

|

Vol. 27, No. 2

199--206

PL

Projektowanie nadpoziomowych składowisk popiołów składowanych w technologii mokrej wymaga oceny stanu bezpieczeństwa składowania (GEO). Wykorzystuje się do tego najczęściej metody elementów skończonych (MES), dla których należy podać parametry geotechniczne oznaczone w zakresie małych odkształceń. W artykule zostały porównane wyniki oznaczenia maksymalnego modułu ścinania uzyskane na podstawie badań laboratoryjnych i polowych. Parametr ten pochodzi z teorii sprężystości i jest miarą reakcji materiału na obciążenia zewnętrzne w zakresie małych odkształceń (10–6–10–3%). W analizie wyników zakłada się, że zakres małych odkształceń odpowiada reakcji gruntu na przyłożone obciążenia zewnętrzne. W artykule przedstawiono zależności maksymalnego modułu ścinania w stosunku do naprężenia efektywnego oraz wskaźnika porowatości uzyskane na podstawie badań w komorze trójosiowej z zamontowanymi elementami piezoelektrycznymi typu bender. Do określenia Gmax in situ wykorzystano metody SASW/CSWS pozwalające zmierzyć prędkości fal akustycznych generowanych z powierzchni terenu. Wieloletnie doświadczenia autorów dowodzą, że ustalanie parametrów sztywności ośrodka w zakresie małych odkształceń ma podstawowe znaczenie dla oceny zachowania się podłoża pod wpływem zmiany naprężeń. Popioły namywane w postaci suspensji po związaniu charakteryzują się dużą wytrzymałością na ścinanie, a wyniki badań sztywności w zakresie małych odkształceń powinny stanowić podstawę ustalania parametrów do obliczeń nośności i stateczności metodami numerycznymi.

EN

The design of above-ground ash storage sites requires an assessment of the safety performance of the structure (GEO). This is usually done by using finite elements methods, for which the geotechnical parameters measured in the range of small deformations should be provided. The paper compares the results of the maximum shear modulus obtained on the basis of laboratory and field tests. This parameter is derived from the theory of elasticity and is a measure of the material’s reaction to external loads in the range of small deformations (10–6–10–3%). The analysis of the results assumes that the range of low deformations corresponds to the response of the soil to the applied external loads. The paper presents the dependence of the maximum shear modulus on the effective stress and void ratio obtained on the basis of tests in a triaxial cell with piezoelectric elements. To determine Gmax in situ, SASW/CSWS methods were used to measure the velocity of acoustic waves generated from the ground surface. The authors’ many years of experience prove that determining the parameters of stiffness of a medium in the range of small deformations is essential for assessing the behavior of the material under the influence of stress changes. Ash stored in the form of post-bonded suspension has a high shear strength and the results of small strain stiffness tests should form the basis for determining the parameters for numerical methods for resistance and stability calculations.

3

Symulacje MES i weryfikacja doświadczalna piezoelektrycznego układu pozyskiwania energii

Nowak R., Pietrzakowski M.

Logistyka

|

2014

|

nr 6

7933--7940

PL

Nietłumione drgania często prowadzą do uszkodzeń części maszyn, pojazdów, układów mechanicznych, itd. Omawiany artykuł przedstawia możliwość wykorzystania drgań szkodliwych do pozyskiwania energii elektrycznej za pomocą elementów piezoelektrycznych. Stanowisko laboratoryjne składa się z belki wysięgnikowej wymuszanej bezwładnościowo umieszczonym na swobodnym końcu silnikiem elektrycznym z tarczą zamocowaną mimośrodowo na wale. Przemieszczenie pionowe i częstość drgań belki zmierzono wykorzystując platformę pomiarową pulse B&K.. Do pomiaru wartości napięcia generowanego przez każdą z aktywnych warstw generatorów piezoelektrycznych zastosowano zewnętrzną kartę pomiarową. Model MES zbudowano w programie ANSYS. Belkę, akcelerometr, silnik elektryczny, warstwy epoksydowe i piezoelektryczne podzielono na dwudziestowęzłowe elementy bryłowe. Węzły warstw piezoelektrycznych wyposażono w dodatkowe elektryczne stopnie swobody. Właściwości materiałowe zastosowane w modelu MES zmierzono w laboratorium bądź zaczerpnięto z materiałów producenta. Przeprowadzono badania laboratoryjne i symulacje numeryczne, a otrzymane wyniki zestawiono i porównano ze sobą. Zostały przedstawione i omówione wykresy czasowe napięcia generowanego przez poszczególne warstwy przetwornika.

EN

Undamped vibrations usually cause damages of machines, rotor blades, cars etc. This article shows the use of harmful vibration using piezoelectric patches for energy harvesting. The laboratory stand consists of the cantilever beam excited by a harmonic movement of a mass eccentrically attached to an electric motor mounted on the free end. Using the B&K pulse platform with accelerometer there is an opportunity to measure a vertical displacement of the selected beam’s point and also the frequency of vibrations of the beam. The Portable Data Acquisition Module was used to measure the voltage generated by piezoelectric layers. The finite element method model has been built in the ANSYS software. Twenty node elements have been applied to the modeled beam, accelerometer, electric motor, epoxy layers and piezoelectric layers. Although piezoelectric elements have extra electric degree of freedom. Material parameters were measured or picked from the manufacturer’s brochure and applied into the FEM model. Laboratory tests and finite element method simulations have been made and acquired results have been compared. Characteristics of voltage in a time domain have been shown and discussed.

4

Piezoelectric shunt damping for alpine ski traction improvement

Rajek M., Lubieniecki M., Pieczonka Ł., Uhl T.

Diagnostyka

|

2014

|

Vol. 15, No. 1

3--9

EN

The paper investigates the problem of improving driveability of alpine skis. That properties depend largely on the vibration behavior of a ski under different snow conditions. There is a broad range of methods to deal with vibration damping, both active and passive, that have been described in the literature. In this paper the passive approaches were taken into consideration. It is due to the specific nature of the sport where use of external sources of energy may be impractical. Passive shunt damping system has been designed for a commercially available model of an alpine ski. The performance of the designed system has been evaluated on a numerical model of the ski. Piezoelectric patches have been included in the model by means of a generalized impedance that complies both the mechanical properties and shunted circuit electrical properties. The fraction of strain energy stored in a piezoelectric element at particular vibration modes were used to evaluate the maximum damping coefficient for first three resonant modes that have the largest influence on the ski properties. The damping system is based on piezoelectric patches that can be easily embedded in the laminated structure of a ski.

PL

W artykule przeprowadzono analizę możliwości poprawy własności jezdnych nart zjazdowych z wykorzystaniem materiałów piezoelektrycznych. Właściwości jezdne narty zależą w dużej mierze od ich własności dynamicznych i drgań wzbudzanych podczas jazdy w różnych warunkach śniegowych. Do tej pory podejmowano próby wykorzystania zarówno metod pasywnych jak i aktywnych dla poprawy trakcji. W artykule wzięto pod uwagę tylko metody pasywne, odrzucając metody aktywne ze względu na konieczność użycia zewnętrznego źródła zasilania co uznano za niepraktyczne w omawianym zastosowaniu. W artykule przedstawiono pasywny układ tłumienia drgań typu „shunt damping”, który został zaprojektowany dla wybranego komercyjnego modelu nart zjazdowych. Działanie zaproponowanego układu przeanalizowano na uprzednio z walidowanym modelu numerycznym. Wpływ elementów piezoelektrycznych oraz bocznikującego układu elektrycznego uwzględniono stosując metodę impedancyjną oraz posługując się uogólnionym współczynnikiem sprzężenia elektromechanicznego. Ułamek energii odkształcenia sprężystego danej postaci zawarty w materiale piezoelektryka został wykorzystany do wyliczenia możliwych do uzyskania maksymalnych współczynników tłumienia modalnego dla pierwszych trzech postaci, najbardziej znaczących z punktu widzenia własności jezdnych. System tłumienia drgań został tak zaprojektowany, aby mógł być w prosty sposób zaimplementowany w konstrukcji nart zjazdowych.

5

Modelowanie dyskretnych układów mechatronicznych ze względu na funkcję tłumienia

Białas K., Buchacz A., Gałęziowski D.

Modelowanie Inżynierskie

|

2013

|

T. 16, nr 47

31--35

PL

Modelowanie, ze względu na obecne i przyszłe zastosowania, ma istotne znaczenie w procesie konstruowania układów mechanicznych i mechatronicznych. W niniejszej pracy modeluje się dyskretne mechatroniczne układy drgające, różnicując możliwe do aplikacji funkcje tłumienia. Układy zbudowano z dyskretnych modeli mechanicznych, elementów piezoelektrycznych i obwodów elektrycznych LRC. Na podstawie wybranych przykładów i typów rozważanych modeli zastępczych wskazano odpowiednie parametry oraz zidentyfikowano miejsca przyłączeń elementów tłumiących aktywnych i piezoaktuatorów, działających jako tłumiki pasywne w finalnych strukturach mechatronicznych.

EN

Modeling with regard for practical and future application is important part of designing and constructing process of technical systems. In this paper discrete mechatronic systems have been modeled in relation to possible application of damping functions. Systems have been built from mechanical discrete models, piezoactuators and electric LRC networks. Basing on selected examples and types of considered displacement models, respective parameters have been investigated. In addition, positions in final mechatronic structures of active dampers and piezoactuators, that works as passive absorbers have been characterized and inducted.

6

Resonant Responses for an Electromechanical Integrated Harmonic Piezodrive System

Xu L., Li H.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 5b

79-82

EN

An electromechanical integrated harmonic piezodrive system is proposed. The principle of the drive system is introduced. A FEM analysis package, ANSYS, is used to study resonant responses of the vibrator for the drive system. The effects of the system parameters on the resonant responses are analyzed. The results show that the exciting voltage and the size parameters of the vibrator have obvious effects on the resonant responses. In order to obtain a good resonant behavior, these size parameters and the exciting voltage should be selected properly.

PL

Przedstawiono piezoelektryczny element elektromechaniczny. Analizowano wpływ napięcia pobudzającego, wymairy oraz właściwości rezonansowe.

7

Near-critical dynamics of a rigid rotor supported on semi-active journal bearings with piezoelectric actuators

Przybyłowicz P. M.

Tribologia

|

2004

|

nr 4

97-106

EN

The paper presents the problem of stability of an asymmetric journal bearing system enhanced with piezoelectric elements is considered. Journal bearings are known to exhibit dynamic loss of stability in the form of flutter-type vibration while exceeding the critical rotation speed. Piezoelectric actuators pushed in between the bearing housing and shell affect the size of the bearing gap, which directly influences the critical rotation speed and the moment when the system losses its stability. In the paper, the critical rotation speed is found from equations of motion linearized around the non-trivial equilibrium position. Its magnitude is then studied with respect to the applied gain in the control system. In a further part of the paper a non-linear problem of near-critical vibration is examined on the grounds of bifurcation analysis. Ther attention is focused on sensitivity of limit cycles to the proposed control strategy in terms of orbital stability. A considerable effect of the gain factor on Floquet's exponents versus asymmetry of the applied load is confirmed.

PL

W pracy przedstawiono problem stateczności asymetrycznego sztywnego wirnika podpartego w łożyskach ślizgowych zawierających elementy piezoelektryczne. Wirujące wały łożyskowane ślizgowo wykazują efekt dynamicznej utraty stateczności w postaci pojawienia się samowzbudnych drgań flatterowych przy przekraczaniu krytycznej prędkości obrotowej. Piezoelektryczny aktuator wciśnięty pomiędzy panew a obudowę łożyska pozwala sterować wielkością szczeliny smarnej. To z kolei wpływa na wartość krytycznej prędkości wirowania i moment pojawienia się samowzbudzenia. W prezentowanej pracy wyznaczono krytyczną prędkość wirowania na podstawie równań ruchu zlinearyzowanych wokół położenia równowagi oraz określono jej zależność od stałej sprzężenia zwrotnego w zaproponowanym układzie sterowania. W dalszej części zajęto się nieliniowym problemem drgań okołokrytycznych na podstawie analizy bifurkacyjnej. Uwagę skoncentrowano na wrażliwości cyklu granicznego na wartość wzmocnienia w układzie sterowania w sensie stateczności orbitalnej. Stwierdzono znaczny wpływ tej wielkości na wykładnik Floqueta w zależności od asymetrii przykładanego obciążenia.

8

Zastosowanie piezoelektrycznych elementów w pasywnych tłumikach drgań

Tylikowski A.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1999

|

z. 9

267-272

PL

Celem pracy jest analiza bocznikowanych pojemnościowo rozłożonych elementów piezoelektrycznych doskonale przyklejonych do drgającej belki poddanej działaniu momentów harmonicznych na jej końcach. Piezoelementy są opisane równaniami konstytutywnymi wiążącymi naprężeniami przemieszczenie elektryczne z odkształceniami i polem elektrycznym. Równania piezoelementów są sprzężone z równaniem belki poprzez odkształcenia na powierzchni kontaktu. Na stykach odcinków założona jest ciągłość ugięcia, nachylenia i krzywizny. Warunek swobodnych końców ogranicza odkształcenia na brzegach piezoelementów. Wyniki symulacji numerycznej pokazują wpływ bocznikowania pojemnościowego na częstotliwościowe i przestrzenne charakterystyki dynamiczne belki.

EN

The purpose of this research is to analyse capacitively shunting distributed piezoelectric elements perfectly glued to the vibrating beam excited by two harmonic moments acting on the beam ends. The piezoelement is described by constitutive equations relating stresses and electric displacements with strains and electric field. The equations are coupled with the equations of beam motion by the surface strain term. At joints between sections the continuity of beam deflection, slope and curvature is considered. The free stress condition for the piezoelement constraints the strain value at piezoelement ends. Results from numerical simulation show an influence of the external shunting capacity on the frequency and space dependent beam response.