23398

كنترل فعال ارتعاشات تير هوشمند با تكيه‌گاه‌هاي الاستيك غيرخطي

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي - ديناميك، ارتعاش و كنترل

1397-1400

17/12/1399

سيد محمد هاشمي نژاد

مكانيك

فرمول‌هاي نظري مبتني بر نظريه تير اويلر-برنولي براي تجزيه‌وتحليل تير كامپوزيتي چندلايه با حسگرها و عملگرهاي يكپارچه و گسترده پيزوالكتريك با شرايط تكيه‌گاهي كاملاً الاستيك و تحت تحريك ضربه ارائه‌شده است. مدل ديناميكي تير كامپوزيتي با به‌كارگيري اصل هميلتون بيان مي‌شود. همچنين، براي كنترل ارتعاش عرضي تير از جاذب غيرخطي ارتعاشي استفاده‌شده است. با حل عددي مشاهده مي‌شود كه جاذب‌هاي غيرخطي مي‌تواند به‌سرعت دامنه ارتعاش را كاهش دهد. در اين مطالعه، يك استراتژي براي طراحي بهينه جاذب‌هاي غيرخطي متصل شده ارائه مي‌شود كه كاهش ارتعاشات را در سازه انعطاف‌پذير تضمين مي‌كند. طراحي اين جاذب‌هاي به‌عنوان يك مسئله بهينه‌سازي ديناميكي فرموله شده است كه در آن تابع هدف، كل انرژي سازه كنترل نشده مي‌باشد. مكان‌ها، جرم‌ها، سختي‌ها و ضرايب ميرايي اين جاذب‌هاي به نحوي بهينه‌شده‌اند تا انرژي كل سازه را به حداقل برسانند. به‌منظور كنترل فعال پاسخ ديناميكي سازه از طريق يك سيستم كنترل فعال حلقه بسته، از الگوريتم كنترل فيدبك منفي سرعت استفاده مي‌شود. درحالي‌كه لايه پيزوالكتريك بالا به‌عنوان عملگر و لايه پايين به‌عنوان حس‌گر كار مي‌كند، ولتاژ اندازه‌گيري شده توسط حسگر، پس از تقويت با استفاده از يك بهره ثابت، به عملگر پيزو كه با افزايش سختي تير از لرزش آن جلوگيري مي‌كند، پسخورد مي‌شود. سپس، تأثير بهره كنترل فيدبك بر پاسخ تير و رفتار ولتاژ خروجي از لايه حسگر و ولتاژ ورودي به لايه عملگر نيز موردمطالعه قرار مي‌گيرد. از روش گالركين براي گسسته سازي معادلات حركت كه ديناميك سازه انعطاف‌پذير و جاذب‌هاي غيرخطي اضافه‌شده را بيان مي‌كنند، استفاده مي‌شود. درنتيجه، با بررسي نتايج اتصال جاذب‌ بهينه در ابتدا و انتهاي تير و همچنين بررسي نتايج اضافه كردن مرحله‌اي يك جاذب بهينه و سپس دو جاذب بهينه در مكان‌هايي مناسب از امتداد تير، به‌تدريج دامنه و تعداد نوسانات پاسخ ديناميكي سيستم به‌طور چشمگير كاهش مي‌يابد. درنهايت، مناسب‌ترين پاسخ گذرا ازنظر كاهش دامنه و تعداد نوسانات، براي حالت تير هيبريد با دو جاذب بهينه در طول تير به‌صورت يك سيستم يكپارچه و پس از اعمال كنترل فعال، ارائه مي‌گردد.

1400/02/05

Active vibration control of smart beam with nonlinear elastic supports

3/8/2022 12:00:00 AM

Theoretical formulations based on the Euler-Bernoulli beam theory are presented for the analysis of laminated composite beam with integrated sensors and actuators in elastic support conditions and subjected to shock excitation using Hamilton principle. In addition, nonlinear vibration absorption of a laminated composite beam is investigated. Passive nonlinear energy sinks (NES) is used to control the transverse vibration. In this study, optimal strategy is proposed for the optimal design of supplementary NES that warrant suppression of vibrations in flexible structure. The design of these NES is formulated as a dynamic optimization problem in which the objective function is the total energy of the uncontrolled structure. The locations, masses, stiffnesses, and damping coefficients of these NES are optimized to minimize the total energy of the structure. A simple negative velocity feed back control algorithm coupling the direct and converse piezoelectric effects is used to actively control the dynamic response of an distributed structure through closed loop control. The sensed voltage on the beam is fed back onto the PZT actuators which prevent the transverse vibration of the flexible beam by actively increasing its stiffness. Then, the influence of the feedback control gain on the response of the beam is evaluated and the behavior of the output voltage from the sensor layer and the input voltage acting on the actuator layer is also studied. Galerkin method is used to discretize the equations of motion that describe the coupled dynamics of the flexible structure and the added NES. As a result, by examining the connection of the optimal nonlinear absorbers at the beginning and end of the beam and also examining the results of adding an optimal nonlinear absorber and then two optimal nonlinear absorbers in optimal locations along the beam, respectively, the amplitude and oscillation of dynamic system response are significantly reduced. Finally, the best transient response in terms of amplitude reduction and number of oscillations is observed for the hybrid beam with two optimal absorbers along the beam and after the application of the active feedback controller.

سازه هوشمند پيزوالكتريك , تير چندلايه كامپوزيتي , كنترل ارتعاش , تكيه‌گاه الاستيك , چاه انرژي غيرخطي

Piezoelectric Smart structures , Composite laminated beams , Vibration control , Elastic support , Nonlinear energy sink (NES)