Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

On possible applications of smart structures controlled by self-stress

Gilewski W., Al Sabouni-Zawadzka A.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2015

|

Vol. 15, no. 2

469--478

EN

Civil Engineering (CE) is one of the many fields of possible implementation of smart or intelligent technologies. The present paper is an attempt to specify and estimate problems and areas of CE suitable for the application of such technologies, with the focus on Bridge Engineering (BE). Precise definitions, explanations and classifications of terms used in smart technique are introduced and components of smart systems are defined. Analogies between smart systems and biological ones are indicated. The paper presents some of the research projects carried out in the field of CE, according to the current state-of-the-art. Concepts of smart bridges are proposed and several examples of structural control performed on space trusses and tensegrity structures with self-stress are introduced. Examples of structural control presented in the paper show that characteristic displacements of the analysed structures may be reduced by changing the prestressing force applied to the single modules, which are a part of the structure. Results of the performed analysis indicate that tensegrity structures are much more prone to the changes in the value of prestressing force than truss structures, which makes them a promising solution as far as structural control is concerned.

2

O możliwościach zastosowania konstrukcji inteligentnych w mostownictwie

Gilewski W., Al Sabouni-Zawadzka A.

Inżynieria i Budownictwo

|

2014

|

R. 70, nr 8

452--454

PL

W pracy omówiono możliwości zastosowania inteligentnych technologii i elementów konstrukcyjnych w mostownictwie. Wyjaśniono ideę działania konstrukcji inteligentnych, przedstawiono podstawowe pojęcia i klasyfikacje. Zaproponowano koncepcję obiektu mostowego o cechach budowli inteligentnej, zdolnej do szybkiego reagowania na zmienne warunki otoczenia.

EN

The paper discusses possible applications of smart technologies and intelligent structural elements in the field of bridge engineering. Basic definitions and classifications of smart structures as well as components of smart systems are discussed, following the current state-of-the-art. Some examples of projects in bridge engineering are presented and a concept of smart bridge is proposed.

3

Atcive control of smart tensegrity structures

Sabouni-Zawadzka A.

Archives of Civil Engineering

|

2014

|

Vol. 60, nr 4

517--534

EN

The topic of smart structures, their active control and implementation, is relatively new. Therefore, different approaches to the problem can be met. The present paper discusses variable aspects of the active control of structures. It explains the idea of smart systems, introduces different terms used in smart technique and defines the structural smartness. The author indicates differences between actively controlled structures and structural health monitoring systems and shows an example of an actively controlled smart footbridge. The analyses presented in the study concern tensegrity structures, which are prone to the structural control through self-stress state adjustment. The paper introduces examples of structural control performed on tensegrity modules and plates. An influence of several self-stress states on displacements is analyzed and a study concerning damage due to member loss is presented.

4

Optimal vibration control of conical shells with collocated helical sensor/actuator pairs

Li H., Hu S. D., Tzou H. S., Chen Z. B.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2012

|

Vol. 50 nr 3

769-784

EN

This paper focuses on the optimal vibration control of clamped-free conical shells using distributed helical piezoelectric sensor/actuator (S/A) pairs. Based on the independent modal space control, the response of conical shell to external excitations is represented by the summation of all participating natural modes and their respective modal participation factors, and each mode can be controlled independently. The modal equation is transformed into the linear state space form. The linear quadratic (LQ) controllers are designed for each independent mode. The optimal gain matrix is related to the ratio G∗ between the control voltage and sensing signal by the modal control force per unit voltage B2 and the sensing signal per unit displacement C1. Because B2 and C1 change with locations of the S/A pair, the optimal control effects, modal control forces and corresponding optimal control voltages are evaluated using two S/A pairs at different locations. The results indicate that the optimal control method is effective in vibration control of the shell. The optimal control effect also depends on the location of the S/A pair and modal shapes as well as the modal control force and input voltage.

PL

W pracy skoncentrowano się na problemie optymalnego sterowania drganiami jednostronnie zamocowanych powłok stożkowych za pomocą spiralnie ułożonego układu piezoelektrycznego czujnika skolokowanego z elementem wykonawczym (S/A). W oparciu o wyniki płynące z rozwiązania przestrzennego zagadnienia sterowania modalnego, dynamiczną odpowiedź powłoki na wymuszenie zewnętrzne wyrażono sumą postaci własnych, jednocześnie stwierdzając, że można niezależnie ingerować w poszczególne postaci własne układu. Równanie modalne przetransformowano do liniowej formuły stanu. Zaprojektowano sterowniki liniowo-kwadratowe (LQ) niezależnie dla każdej postaci własnej. Optymalną macierz współczynników wzmocnienia skorelowano z transmitancją G∗ pomiędzy napięciem sterowania i sygnału czujnika poprzez jednostkową siłę sterującą odniesioną do napięcia B2 oraz sygnału czujnika w stosunku do przemieszczenia C1. Ponieważ B2 i C1 zmieniają się wraz ze zmianą położenia skolokowanych par S/A, przeprowadzono ewaluację modalnych sił sterujących i odpowiadających im napięć dla różnych położeń układu sterowania. Wyniki badań potwierdziły efektywność optymalnego sterowania drganiami powłoki stożkowej. Zauważono także wrażliwość uzyskanego stopnia sterowania na położenie pary czujnika i elementu wykonawczego oraz wartości modalnej siły sterującej, jak i napięcia.

5

Numerical analysis of composite structures with embedded piezoelectric active elements

Dębski H., Latalski J.

Journal of KONES

|

2012

|

Vol. 19, No. 1

51-69

EN

The paper presents a numerical simulation of active multiple layer composite beams in bending test. Within framework of performed analysis glass-epoxy and carbon-epoxy laminates with integrated piezoelectric actuators were considered. In the research macro fiber composite (MFC) type transducers exhibiting d33 effect were used. The numerical models and further calculations were done in ABAQUS/Standard FEM software. Discrete models of the considered composite beam structures were formulated according to the Layup-Ply technique. In performed tests nonlinear geometric effects corresponding to large structural deflections were taken into account. The resulting state equations were solved by means of Newton-Raphson iterative method. Finally, the findings of numerical simulations were compared to the outcomes of laboratory experiments. A very good agreement of numerical and experimental results was achieved; this confirmed the assumptions made to the numerical model and further modelling technique. Numerical model of the piezoelement, analysis of a composite beam with piezoelectric patch, numerical tests for the separated M-8503-P1 piezoelement, electric boundary conditions for the examined actuator, strain state of a glass-epoxy laminate, laboratory test-stand, numerical and laboratory experiment results are presented.

6

Aktuatory piezoelektryczne w inteligentnych kratownicach

Grzybek D.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2011

|

R. 15, nr 11

63-67

PL

Artykuł dotyczy zastosowania aktuatorów piezo-elektrycznych do redukcji drgań kratownic. Kratownice z odpowiednio wbudowanymi aktuatorami piezoelektrycznymi stanowią obiecujący kierunek badań, gdyż pozwalają na uzyskanie wysokiej stateczności struktury przy stosunkowo niskiej wadze. Spełnienie takich wymagań jest szczególnie ważne w przemyśle lotniczym. Podstawowym zagadnieniem w projektowaniu takich kratownic jest rozmieszczenie aktuatorów piezoelektrycznych i czujników przyspieszeń w strukturze kratownicy. W celu wprowadzenia aktuatorów piezoelektrycznych do struktury kratownicy projektuje się specjalne aktywne pręty, których rozmieszczenie wyznacza się np. na podstawie rozkładu energii odkształcenia w poszczególnych prętach kratownicy. Sterowanie aktywnymi prętami realizowane jest przez odpowiednie zmiany napięcia Vp zasilającego aktuatory piezoelektryczne znajdujące się w tych prętach. Układ sterowania powinien zawierać podstawową pętlę regulacji, która obejmuje wszystkie aktuatory, czujniki przyspieszeń oraz komputer/sterownik. Układ sterowania może również zawierać dodatkowe pętle regulacji, obejmujące pojedynczy aktuator oraz czujnik siły.

EN

The trusses with properly incorporated piezoelectric actuators are a promising research area, because such structures enable to obtain high structure stability with low weight. Fulfillment of such requirements is particularly important in the aviation industry. However, designer of such a truss has to solve the problem of the arrangement of the piezoelectric actuators and acceleration sensors in the truss structure. Special active bars are designed in order to introduce piezoelectric actuators to the truss structure. Arrangement of such active bars is determined, for example, on the basis of the strain energy distribution in each truss bars. The control of active bars is realized through the voltage changes which supply the piezoelectric actuators. Control system contains a basic control loop, which includes all actuators, acceleration sensors and computer. The control system can also contain additional control loops, which include a single actuator and force sensor.

7

Vibration control of flexible beam through smart structure concept using periodic output feedback.

Umapathy M., Bandopadhyay B.

Systems Science

|

2000

|

Vol. 26, nr 1

43-66

EN

A periodic output feedback vibration control system for flexible smart cantilever beam is designed by bonding piezoelectric as a sensor/actuator to the structure. The entire structure is modelled by finite element method using piezoelectric beam element which includes sensor/actuator dynamics and a regular beam element. By retaining the first two vibratory modes the reduced order model is obtained in state space form. The effect on vibration modes for various sensor/actuator locations along the beam is observed. The periodic output feedback controller is designed and its performance for various sensor/actuator locations is done.