30590

كنترل پاسخ ديناميكي پوسته‌ي استوانه‌اي پيزوالكتريك مدفون تحت اثر بارگذاري متحرك

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك-طراحي كاربردي

1399

1402/09/14

سيد محمد هاشمي نژاد

اميرحسين دوائي مركزي

مكانيك

پژوهش حاضر به منظور بررسي پاسخ‌ ديناميكي و كنترل ارتعاشات يك پوسته‌ي‌ استوانه‌اي پيزوالكتريك ساندويچي مدفون در محيط الاستيك كه تحت اثر بار حلقه اي متحرك است، صورت گرفته است. در اين راستا، ابتدا براساس تئوري پوسته‌ي جدار نازك لاو، معادلات ديناميكي پوسته‌ ساندويچي هوشمند به دست مي‌آيند. سپس، معادلات حاكم محيط الاستيك اطراف بر اساس تئوري دقيق الاستيسيته با مجموعه¬ي معادلات ديناميكي پوسته كوپله مي شوند. متعاقباٌ، مجموعه ي كامل معادلات ديفرانسيل بدست آمده با به كارگيري تبديل فوريه نسبت به مختصات محوري به يك دستگاه معادلات جبري تبديل شده كه پس از حل، پاسخ ديناميكي حالت پايدار سيستم توسط تبديل فوريه معكوس به دست مي‌آيد. لازم به ذكر است كه براي محاسبه تبديل فوريه معكوس از روش عددي انتگرال گوس استفاده شده و تمامي فرآيندها در نرمافزار متميكا برنامه¬نويسي شده اند. همچنين، به منظور كاهش فعال سطح ارتعاشات ناشي از بار متحرك در داخل پوسته، از يك كنترل كننده كاربردي PID با ثوابت بهينه سازي شده برمبناي الگوريتم ژنتيك چند هدفه استفاده شده است. در ادامه، نتايج مربوط به پوسته‌ي الاستيك مدفون و پوسته‌ي پيزوالكتريك ساندويچي غيرمدفون با مراجع موجود مقايسه و صحت سنجي شده كه نشان‌دهنده ي دقت مناسب شبيه‌سازي ها در فرآيند پژوهش است. پاسخ هاي ديناميكي بدست آمده نشان مي‌دهد كه كنترل كننده ي پياده شده به صورت مؤثر قادر به كاهش دامنه ي جابه‌جايي و تنش در سيستم هستند. همچنين، ميزان سختي برشي لايه ي نازك بين پوسته و محيط اطراف، علاوه بر دامنه‌ي جابه‌جايي و تنش، بر سرعت بحراني بار متحرك نيز اثرگذار است. در نهايت، مشاهده مي¬شود كه عملكرد لايه‌ي فعال پيزوالكتريك بر مبناي كنترل كننده ي مناسب، حساسيت سيستم به تغييرات پارامتري چون سختي برشي را كاهش داده و در نتيجه موجب كاهش جابه جايي پوسته مي‌شود.

1402/12/14

Control of dynamic response of an embedded piezoelectric cylindrical thin shell under moving load

1/1/1900 12:00:00 AM

This research is conducted to investigate the dynamic response and control of vibrations of an embedded cylindrical piezoelectric sandwich shell in an elastic medium subjected to a moving ring load. First, based on the Love's thin shell theory, the dynamic equations of the smart sandwich shell are derived. Then, the governing equations of the elastic medium surrounding it, are coupled with the set of dynamic equations of the shell based on the exact elasticity theory. Subsequently, the complete set of differential equations obtained is transformed into a system of algebraic equations by using the Fourier transform with respect to the axial coordinates, which, after solving, yields the dynamic response of the system's steady state through the inverse Fourier transform. It is worth mentioning that the Gaussian numerical integral method is used to calculate the inverse Fourier transform, and all processes are programmed in MATHEMATICA software. Furthermore, in order to reduce the active surface of vibrations caused by the moving load inside the shell, a PID controller with optimized constants based on multi-objective genetic algorithm is used. Then, the results related to the buried elastic shell and the non-buried piezoelectric sandwich shell are compared and validated with the available references, indicating the appropriate accuracy of the simulations in the research process. The obtained dynamic responses show that the implemented controller effectively reduces the displacement and stress ranges in the system. Also, the shear stiffness of the thin layer between the shell and the surrounding medium, in addition to the displacement and stress range, affects the critical speed of the moving load. Finally, it is observed that the performance of the piezoelectric active layer based on the appropriate controller reduces the system's sensitivity to parametric changes such as shear stiffness, consequently reducing the shell displacement.

كنترل فعال پاسخ ديناميكي , پوسته ي استوانه اي پيزوالكتريك مدفون , بار متحرك حلقه اي , كنترل كننده ي PID

active control of dynamic response , embedded piezoelectric cylindrical shell , moving ring load , PID controller

Hanyeh Naeimi Kararoodi

Seyed Mohammad Hasheminejad