تحليل ديناميكي و كنترل ارتعاشات پانل استوانه اي چند لايه با استفاده از وصله پيزوالكتريك بهينه شده

Vibration control of laminated cylindrical panel with optimal piezoelectric patch

در اين تحقيق، كنترل ارتعاشات پانل استوانه اي مركب چند لايه تحت بار ديناميكي بوسيله وصله عملكر پيزوالكتريك بهينه براي اولين بار بررسي شده است. بمنظور حل معادلات ديناميك سازه با وصله پيزو، از روش المان محدود استفاده شده، كه بر اساس فرضيات تئوري تغيير شكل برشي مرتبه اول (FSDT) و مدل لايه معادل با تغيير شكل هاي زاويه اي متفاوت براي پوسته و وصله پيزو توسعه يافته است. معادلات حاكم بر پانل با وصله پيزو از طريق اصل هميلتون به دست مي‌آيند و با استفاده از المان هشت گرهي روي لايه مياني پوسته تجزيه مي شوند تا دستگاه معادلات ماتريسي حاصل شود. براي يافتن محل و اندازه بهينه براي عملگر پيزوالكتريك از معيار حداكثر كنترل پذيري استفاده شده است. طبق قانون كنترلي مورد استفاده، ولتاژ اعمال شده به وصله پيزوالكتريك متناسب با برآيند مولفه هاي سرعت در نقطه محل نصب حسگر مي باشد. جهت صحه گذاري عملكرد فرمولبندي و مدل المان محدود، نتايج بدست آمده براي فركانس طبيعي پانل استوانه اي چند لايه بدون وصله با مراجع موجود مقايسه شده اند. سپس با داشتن ديناميك سيستم بهينه شده، پاسخ فركانسي براي حالت حلقه باز و بسته بدست آمده است و در انتها تاثير مقادير بهره كنترلي و ابعاد هندسي پانل و وصله روي پاسخ زماني و سرعت ميرا شدن ارتعاشات به نمايش گذاشته شده است.

In this research, control of vibration in multilayered cylindrical panel with piezoelectric patch, under dynamic load is investigated, for the first time. The finite element method is used to solve the dynamic equations of the structure, which is based on first-order shear deformation theory, and equivalent single layer models with different rotations for the substrate and the piezoelectric patch is developed. The governing equations are obtained by using the Hamilton’s principle of virtual work, are discretized over the mid-plane, by using eight node shell element, leading into the matrix system of equations. The maximum controllability criterion is used for finding the optimal size and location of piezo-patch. According to the used control law, the applied voltage on the piezo-patch is proportional to the radial velocity component at the point, where the sensor is installed. In order to evaluate the performance of the formulation and finite element model, the natural frequencies obtained for the substrate laminated panel are compared with those in the literature. Then, having the dynamics of the optimal system, the frequency response for open and closed loop controls are studied. Finally, the effects of controller gain values and dimensions of panel and patch on the time response and damping rate of vibrations are illustrated.