Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Damage detection in concrete structures with impedance data and machine learning

Anjum Asraar, Hrairi Meftah, Aabid Abdul, Yatim Norfazrina, Ali Maisarah

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2024

|

Vol. 72, nr 3

art. no. e149178

EN

This study aims to evaluate the effectiveness of machine learning (ML) models in predicting concrete damage using electromechanical impedance (EMI) data. From numerous experimental evidence, the damaged mortar sample with surface-mounted piezoelectric (PZT) material connected to the EMI response was assessed. This work involved the different ML models to identify the accurate model for concrete damage detection using EMI data. Each model was evaluated with evaluation metrics with the prediction/true class and each class was classified into three levels for testing and trained data. Experimental findings indicate that as damage to the structure increases, the responsiveness of PZT decreases. Therefore, we examined the ability of ML models trained on existing experimental data to predict concrete damage using the EMI data. The current work successfully identified the approximately close ML models for predicting damage detection in mortar samples. The proposed ML models not only streamline the identification of key input parameters with models but also offer cost-saving benefits by reducing the need for multiple trials in experiments. Lastly, the results demonstrate the capability of the model to produce precise predictions.

2

Numerical Modelling of a Piezo Roof Harvesting System. The Right Component Selection

Leo R. di, Viscardi M., Tuccinardi F. P., Visone M.

Archive of Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. LXIV, nr 2

257--282

EN

The present work focuses on a first study for a piezoelectric harvesting system, finalized to the obtaining of electrical energy from the kinetic energy of rainy precipitation, a renewable energy source not really considered until now. The system, after the realization, can be collocated on the roof of an house, configuring a “Piezo Roof Harvesting System”. After presenting a state of art of the harvesting systems from environmental energy, linked to vibrations, using piezoelectric structures, and of piezoelectric harvesting systems functioning with rain, the authors propose an analysis of the fundamental features of rainy precipitations for the definition of the harvesting system. Then, four key patterns for the realization of a piezoelectric energy harvesting system are discussed and analysed, arriving to the choice of a cantilever beam scheme, in which the piezoelectric material works in 31 mode. An electro-mechanical model for the simulation of performance of the unit for the energetic conversion, composed of three blocks, is proposed. The model is used for a simulation campaign to perform the final choice of the more suitable piezoelectric unit, available on the market, which will be adopted for the realization of the “Piezo Roof Harvesting System”.

3

Aktuator piezoelektryczny wykonany z włókna ceramicznego

Kozielski L., Łuczak K.

Zeszyty Naukowe Wyższej Szkoły Technicznej w Katowicach

|

2015

|

nr 7

145-150

PL

Współcześnie stosowane w szeroko pojętej automatyce i mechatronice urządzenia wykonawcze (aktuatory) stawiają duże wymagania inżynierii materiałowej. Materiałom przeznaczonym na aktuatory stawia się wysokie wymagania dotyczące ich twardości, sztywności oraz wytrzymałości i lekkości. Umożliwia to zwiększenie dokładności obróbki i miniaturyzację produktów. Największe zastosowanie w tego typu urządzeniach znalazły materiały piezoelektryczne. Aktuatory na bazie ceramiki piezoelektrycznej między innymi są wykorzystywane jako części układów napędowych w motoryzacji (piezoelektryczne wtryskiwacze paliwa), w automatyzacji procesów przemysłowych jako siłowniki do precyzyjnych robotów, w awionice do zmiany geometrii skrzydeł samolotów [1,2]. Największą ich zaletą jest wysoka wytrzymałość mechaniczna i duża odporność na trudne warunki oraz bardzo krótki czas reakcji poniżej 1 ms. Aktuatory tego typu wykonywane są najczęściej z litej ceramiki piezoelektrycznej, która jest materiałem kruchym o dużej gęstości. W artykule została zaproponowana innowacyjna metoda wytwarzania piezoceramicznych materiałów do aplikacji aktuatorowych w formie włókien ceramicznych pozwalającą na ominięcie ograniczeń związanych z naprężeniami wewnętrznymi ceramiki w formie objętościowej.

EN

The materials, from which present-day actuators are produced, are increasingly harder, stiffer and more durable, and lighter at the same time. This makes it possible to increase processing accuracy, and miniaturisation of products. Piezoelectric materials have found the widest application in this type of devices. Piezoelectric actuators are widely used nowadays as automotive drives (piezoelectric fuel injectors), in automation as servomotors for precise robots, as well as in airplanes to change the wings geometry. Their greatest advantage is high mechanical strength and high resistance to difficult conditions, and very short response time, less than 1 ms. Actuators of this type are usually made of solid piezoelectric ceramic, which is a brittle material with high density. This article proposes an innovative method of producing piezoceramic materials for actuator applications, in the form of ceramic fibers, which allows to bypass the limitations related to internal stresses in ceramic in volume (standard) form.

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 drgających układów mechatronicznych zawierających materiały piezoelektryczne

Buchacz A., Płaczek M.

Wybrane Problemy Inżynierskie

|

2010

|

nr 1

7-12

PL

W pracy przedstawiono modelowanie i badanie jednowymiarowych, drgających układów mechatronicznych, opisanych dyskretno - ciągłymi modelami matematycznymi, różniącymi się stopniem uproszczenia układu rzeczywistego. Analizując układ mechatroniczny, posłużono się przybliżoną metodą Galerkina, której dokładność uprzednio zweryfikowano, badając układ mechaniczny (pozbawiony przetwornika piezoelektrycznego). Rozpatrywano układ mechatroniczny w postaci drgającej giętnie belki wspornikowej z piezoelektrycznym, szerokopasmowym tłumikiem drgań.

EN

The paper presents process of modelling and investigation of one-dimension vibrating mechatronic systems described by discrete - continuous mathematical models, that differ in level of simplification of the real system. Approximate Galerkin method was used to analyse and assign dynamic flexibility of considered systems. To verify the approximate method, first, the mechanical system was being taken into consideration. The mechanical system is exactly the same - beam without piezoelectric transducer and external circuit. The considered mechatronic system was flexural vibrating cantilever beam with piezoelectric transducer bonded to the beam surface. The external shunting circuit was adjoined to the transducer in order to damp vibrations of the beam.

6

Interaction of thin walled structures with piezoelectric patches

Dupal J.

Modelling and Optimization of Physical Systems

|

2010

|

z. 9

15--20

EN

The paper deals with analytical modelling of plate structures excited by piezoelectric (PE) patches for comparison with corresponding FE solution. The complete equation of motion of the plate with PE was developed and the solution das not take into account stiffness of the patches. The finite element solution which takes into account the elastic and inertial properties of patches extends scope of this paper.

CS

Clanek uvadi analyticke modelovani deskovych konstrukci buzenych piezoelektrickymi zaplatami pro srovnani odpovidajicim resenim pomoci MKP. Byla odvozena kompletni pohybova rovnice desky s piezo, jejiz reseni nebere v uvahu tuhost zaplat. Reseni pomoci MKP, ktere respektuje elasticke i setrvacne vlastnosti zaplat presahuje ramec tohoto prispevku.

7

Modelling of a composite plate with piezoelectric patch

Fidali M., Tager O.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2005

|

z. 29

75-80

EN

In the article an example of modelling of a composite plate CFEP with a piezoelectric patch was shown. Models were created with the use of FE software ANSYS. A numerical experiment was carried out. The aim of the experiment was to identify the first ten eigenfrequencies of the composite plate. Obtained data was analyzed with use of MATLAB software. In the article selected results of the research were presented.

PL

W artykule przedstawiono przykład modelowania płyty kompozytowej CFEP z materiałem piezoelektrycznym, który połączony był zkompozytem na dwa sposoby: położony był na powierzchni płyty kompozytowej oraz wbudowany w kompozyt. Modele zostały utworzone z zastosowaniem oprogramowania ANSYS. Przeprowadzono eksperyment numeryczny majacy na celu identyfikację wartosci pierwszych dziesieciu częstotliwości drgan własnych płyty kompozytowej w zalezności od wymiarów aktuatora piezoelektrycznego i wartości napięcia zasilającego piezoelektryk. Przedstawiono wyniki przeprowadzonych badan.

8

Nonlocal theoretical analysis of the dynamic behavior of two Griffith cracks in a piezoelectric strip

Sun Y. G., Zhou Z. G.

Archives of Mechanics

|

2004

|

Vol. 56, nr 4

271-291

EN

The dynamic behavior of two Griffith cracks in a strip made of piezoelectric materials under anti-plane shear waves is investigated by means of the non-local theory for impermeable crack surface conditions. A one-dimensional non-local kernel is used instead of a two-dimensional one for the anti-plane dynamic problem to obtain the stress and the electric displacement near the crack tips. By utilizing the Fourier transform, the problem can be solved by means of two pairs of triple integral equations. These equations are solved using the Schmidt method. Contrary to the classical solution, it is found that no stress and electric displacement singularity are present at the crack tip. This is shown to be consistent with the physical nature.

9

Effective properties of layered piezoelectric material with gradient of polarizations

Bytner S., Gałka A., Gambin B.

Journal of Technical Physics

|

2001

|

Vol. 42, no 4

437--447

EN

In the paper, homogenization of heterogeneous piezoelectricity with polarization gradient is performed to obtain effective material coefficients. The method of two-scale asymptotic expansion is used and the layered composite structure is analysed in details.

10

Comparison of numerical and experimental results of structronic plate and shell structures

Köppe H., Gabbert U., Laugwitz F., Weber Ch. T.

Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences

|

1999

|

Vol. 6, No. 3-4

361-368

EN

In the paper a general purpose finite element software for the simulation of piezoelectronic materials and structronic (structure and electronic) systems is presented. The equations of coupled electromechanical problems are given in a weak form, which are basis of 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. Two test examples are presented to compare the numerical results with measurements.