28598

كنترل فعال ناپايداري ديناميكي يك تير هوشمند پايه الكترورئولوژيكال

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك

1397

1402/3/21

دكتر سيد محمد هاشمي نژاد

مهندسي مكانيك

امروزه با توجه به معيارهاي طراحي اگر اجزا يك سيستم مكانيكي تحت بارهاي فشاري درون صفحه¬اي قرار گيرد، مهمترين تهديد كننده عملكرد عادي آن¬ها، مسئله ناپايداري يا افت سفتي و ظرفيت باربري مي¬باشد. هدف رساله حاضر بررسي ناپايداري ديناميكي يك تير هوشمند كامپوزيتي سه لايه با هسته سيال الكترورئولوژيكال ، تحت شرايط مرزي دو سرساده و نيروي محوري خارجي فشاري كسينوسي مي-باشد. به همين منظور ابتدا از اصل هميلتون براي به دست آوردن معادلات حاكم برمسئله استفاده ميگردد. سپس با استفاده از روش جداسازي متغيرها معادله حاكم بر سيستم به دو معادله فقط زماني و فقط مكاني كاهش مرتبه مي¬يابد. معادله زماني به دست آمده به معادله متيو معروف هست و پايدار بودن يا پايدار نبودن سيستم راتعيين مي¬كند. در ادامه از روش تحليلي-تقريبي استيريند پارامتر به منظور معين نمودن مرزهاي ناپايداري ديناميكي به صورت معادلات جبري استفاده شده است. متعاقبا با روش ذكر شده پاسخ ديناميكي اين سيستم براي تحريك¬هايي كه مشخصات آن دقيقا بر روي مرزهاي ناپايداري هست به دست خواهد آمد. همچنين براي ساير تحريك¬ها كه مشخصات آن دقيقا برروي مرزهاي ناحيه-هاي ناپايدار نيست از روش عددي رانجه كوتا مرتبه چهار استفاده گرديده است. در ادامه با استفاده از لايه سيال الكترورئولوژيكال در هسته تير ، يك سيستم كنترل فعال برپايه كنترل مودلغزشي طراحي و اجرا ميگردد. با در نظر گرفتن نتايج عددي و نمودارهاي به دست آمده در حالت كنترل ‌نشده و كنترل شده، نشان داده مي¬شود كه استفاده از كنترل‌كننده تا چه حد به كاهش زمان پاسخ گذرا و بهبود عملكرد سيستم در كاهش دادن مساحت ناحيه هاي ناپايداري و انتقال اين ناحيه ها به سمت فركانس¬ها و دامنه-هاي بارگذاري بزرگتر كمك خواهد كرد. شايان ذكر است كه در كارهاي آتي افزودن تكيه¬گاه¬هاي غيرخطي، اعمال بار عرضي گسترده، افزودن بستر ويسكو الاستيك مي¬تواند مورد بررسي قرار گيرد .

1402/05/28

Active control dynamic instability of ERF-based smart beam

6/10/2024 12:00:00 AM

Today, according to the design criteria, if the components of a mechanical system are subjected to in-plane compressive loads, the most important threat to their normal performance is the issue of instability or loss of stiffness and load capacity. The purpose of this thesis is to investigate the dynamic instability of a three-layer composite smart beam with an electrorheological fluid core, under two-layer boundary conditions and cosine compressive external axial force. For this purpose, Hamilton's principle is first used to obtain the governing equations of the problem. Then, using the variable separation method, the governing equation of the system is reduced to two equations only in time and only in space. The obtained time equation is known as Mathieu's equation and it determines whether the system is stable or not. In the following, the analytical-approximate method of parameter steering is used in order to determine the limits of dynamic instability in the form of algebraic equations. Subsequently, with the mentioned method, the dynamic response of this system will be obtained for excitations whose characteristics are exactly on the boundaries of instability. Also, for other excitations whose characteristics are not exactly on the boundaries of the unstable regions, the fourth order Runge–Kutta numerical method has been used. In the following, using the electrorheological fluid layer in the core of the beam, an active control system based on sliding mode control is designed and implemented. Considering the numerical results and graphs obtained in uncontrolled and controlled mode, it is shown to what extent the use of the controller can reduce the transient response time and improve the system performance in reducing the area of instability areas and transferring this Areas will help towards larger loading frequencies and amplitudes. It is worth mentioning that in the future works, adding non-linear supports, applying extensive transverse load, adding visco - elastic bed can be investigated.

ناحيه¬هاي ناپايداري، اصلاح فعال محدوده¬هاي ناپايداري، كنترل مود لغزشي، عملگر الكترورئولوژيكال، مواد هوشمند.

Instability areas, active modification of instability areas, sliding mode control, electrorheological actuator, smart materials

Hasan Pourkheradmand

Proff.Hasheminejad