Оптимизация динамического поведения конструкций с элементами из пьезоматериалов и с внешними электрическими цепями

Авторы

  • Н.А. Юрлова Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Н.В. Севодина Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Д.А. Ошмарин Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • М.А. Юрлов Институт механики сплошных сред УрО РАН

DOI:

Ключевые слова:

электроупругость, собственные колебания, демпфирование, пьезоэлементы, внешние электрические цепи

Аннотация

Представлен пассивный способ демпфирования колебаний. Оптимизация диссипативных свойств электромеханических систем с внешними электрическими цепями производится за счет подбора параметров этих цепей, обеспечивающих наилучшее демпфирование колебаний конструкции на заданной частоте. Решается связанная задача электровязкоупругости. Математическая модель электровязкоупругого тела с внешними электрическими цепями строится на базе уравнений электродинамики деформируемых пьезоэлектрических сред в квазистатическом приближении. Вязкоупругие свойства материалов при квазигармонических процессах учитываются посредством комплексных динамических модулей. Для выбора эффективных схем решения поставленной проблемы предлагается использование задач о собственных колебаниях вязкоупругихтел с элементами, обладающими пьезоэффектом, и внешними электрическими цепями. Решение задачи о собственных колебаниях электровязкоупругих систем осуществляется с помощью разработанного авторами проекта специального алгоритма, основанного на использовании стандартных процедур метода конечных элементов и собственных подпрограмм, реализующих авторские алгоритмы, например, алгоритм решения на языке FORTRAN алгебраической задачи комплексных собственных значений на основе метода Мюллера с различными сценариями выбора начальных приближений.

Поддерживающие организации
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Пермского края (проект № 14-01-96003)

Биографии авторов

  • Н.А. Юрлова, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник, Институт механики сплошных сред УрО РАН (ИМСС УрО РАН)
  • Н.В. Севодина, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    кандидат технических наук, научный сотрудник, ИМСС УрО РАН
  • Д.А. Ошмарин, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    аспирант, ИМСС УрО РАН
  • М.А. Юрлов, Институт механики сплошных сред УрО РАН
    инженер-исследователь, ИМСС УрО РАН

Библиографические ссылки

  1. Moheimani S.O.R., Fleming A.J. Piezoelectric transducers for vibration control and damping, 2006. - 272 p.
  2. Sodano H.A. Macro-Fiber Composites for Sensing, Actuation and Power Generation / Dr. Sci. Dissertation. - Blacksburg, Virginia, 2003. - 151 p.
  3. Viana F.A.C., Steffen V., Jr Multimodal Vibration Damping through Piezoelectric Patches and Optimal Resonant Shunt Circuits // J. of the Braz. Soc. of Mech. Sci. & Eng. July-September. - 2006. - Vol. XXVIII. - № 3. - Р. 293-310.
  4. Song Zh.-G., Li F.-M. Active aeroelastic flutter analysis and vibration control of supersonic beams using the piezoelectric actuator/sensor pairs // Smart Mater. Struct. - 2011. - № 20 - Р. 1-12.
  5. Agnes G.S., Mall S. Structural integrity issues during piezoelectric vibration suppression of composite structures // Composites: Part B. - 1999. - № 30. - Р. 727-738.
  6. Elvin N.G., Elvin A.A. The Flutter Response of a Piezoelectrically Damped Cantilever Pipe // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. - 2009. - № 20. - Р. 2017-2026.
  7. Niederberger D. Smart damping Materials using Shunt Control / Dr. Sci. Dissertation. - Zurich, 2005. - 210 p.
  8. Park C.H., Inman D.J. Enhanced Piezoelectric Shunt Design // Shock and Vibration. - 2003. - Vol. 10. - № 2. - Р. 127-133.
  9. Callahan J., Baruh H. Active control of exible structures by use of segmented piezoelectric elements // J. Guidance Control Dynam. - 1996. - Vol. 19. - № 4. - Р. 808-815.
  10. Sausse M., Ruggiero E., Park G., Inman D.J., Main J.A. Vibration Testing and Finite Element Analysis of Inflatable Structures // preprint 12 p. http://www.cimss.vt.edu/pdf/Conference%20Papers/Park/C31.pdf
  11. Nye T.W., Manning R.A., Qassim K. Performance of active vibration control technology: the ACTEX flight experiments // Smart Mater. Struct. - 1999. - № 8. - Р. 767-780.
  12. Nuffer J., Bein Th. Application of piezoelectric materials in transportation industry // Global Symposium on Innovative Solutions for the Advancement of the Transport Industry, 4-6. October 2006. - San Sebastian, Spain - 11 p.
  13. Kawiecki G., Jesse S. Rosette piezotransducers for damage detection // Smart Mater. Struct. - 2002. - № 11. - Р. 196-201.
  14. Hansson J., Takano M., Takigami T., Tomioka T., Suzuki Ya. Vibration suppression of railway car body with piezoelectric elements (A study by using a scale model) // ISME International Journal. Series C. - 2004. - Vol. 47. - № 2. - Р. 451-456.
  15. Bronowicki A.J., Abhyankar N.S., Griffin S.F. Active vibration control of large optical space structures // Smart Mater. Struct. - 1999. - № 8. - Р. 740-752.
  16. Bisegna P., Caruso G. Optimization of a passive vibration control scheme acting on a bladed rotor using an homogenized model // Struct Multidisc Optim. - 2009. - № 39. - Р. 625-636.
  17. Kajiwara I., Uchiyama T., Arisaka T. Vibration Control of Hard Disk Drive with Smart Structure Technology for Improving Servo Performance / H. Ulbrich and L. Ginzinger (eds.) // Motion and Vibration Control. - Springer Science+Business Media B.V., 2009. - Р. 165-176.
  18. http://www.ski.ru/static/127/2_11511.html [проверено 22.09.2016].
  19. Hagood N.W., Von Flotow A. Damping of structural vibrations with piezoelectric materials and passive electrical networks // Journal of Sound and Vibration. - 1991. - Vol. 146. - № 2. - Р. 243-268.
  20. Матвеенко В.П., Клигман Е.П., Юрлов М.А., Юрлова Н.А. Моделирование и оптимизация динамических характеристик smart-структур с пьезоматериалами // Физическая мезомеханика. - 2012. - Т. 15. - № 1. - С. 75-85.
  21. Lesieutre G.A. Vibration damping and control using shunted piezoelectric materials // The Shock and Vibration Digest. - May 1998. - Vol. 30. - № 3. - Р. 187-195.
  22. Kligman E.P., Matveenko V.P. Natural Vibration Problem of Viscoelastic Solids as Applied to Optimization of Dissipative Properties of Constructions // International Journal of Vibration and Control. - 1997. - Vol. 3. - № 1. - Р. 87-102.

Загрузки

Опубликован

2016-12-29

Выпуск

№ 4 (2016)

Раздел

Исследования: теория и эксперимент

Как цитировать

Юрлова, Н., Севодина, Н., Ошмарин, Д., & Юрлов, М. (2016). Оптимизация динамического поведения конструкций с элементами из пьезоматериалов и с внешними электрическими цепями. Вестник Пермского федерального исследовательского центра, 4, 96-107. https://journal.permsc.ru/index.php/pscj/article/view/PSCJ2016n4p16