According to the mechanical-electrical coupling characteristics and the electrical Impedance property of resistor-inductor-capacitor(RLC) series resonant circuit, the mechanical impedance analysis of a bimorph piezoceramic patch shunted with a series RLC resonant circuit is conducted. The displacement transfer function of a cantilever beam bonded with a piezoelectric shunt damping module is deduced in the case of single mode vibration of the beam. By the use of vibration damping theory of tuned mass damper system, the parameter optimization of piezoelectric shunt damping system is performed. The optimal resonant state of the shunting circuit can be obtained when the resister and conductor are optimally adjusted. Test results show that the vibration control effect as well improved with optimized piezoelectric shunt system.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권4호
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pp.501-517
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2016
Synchronized switch damping (SSD) is a structural vibration control technique in which a piezoelectric patch attached to or embedded into the structure is connected to or disconnected from the shunt circuit in order to dissipate the vibration energy of the host structure. The switching process is performed by a digital signal processor (DSP) which detects the displacement extrema and generates a command to operate the switch in synchronous with the structure motion. Recently, autonomous SSD techniques have emerged in which the work of DSP is taken up by a low pass filter, thus making the whole system autonomous or self-powered. The control performance of the previous autonomous SSD techniques heavily relied on the electrical quality factor of the shunt circuit which limited their damping performance. Thus in order to reduce the influence of the electrical quality factor on the damping performance, a new autonomous SSD technique is proposed in this paper in which a negative capacitor is used along with the inductor in the shunt circuit. Only a negative capacitor could also be used instead of inductor but it caused saturation of negative capacitor in the absence of an inductor due to high current generated during the switching process. The presence of inductor in the shunt circuit of negative capacitor limits the amount of current supplied by the negative capacitance, thus improving the damping performance. In order to judge the control performance of proposed autonomous SSDNCI, a comparison is made between the autonomous SSDI, autonomous SSDNC and autonomous SSDNCI techniques for the control of an aluminum cantilever beam subjected to both single mode and multimode excitation. A value of negative capacitance slightly greater than the piezoelectric patch capacitance gave the optimum damping results. Experiment results confirmed the effectiveness of the proposed autonomous SSDNCI technique as compared to the previous techniques. Some limitations and drawbacks of the proposed technique are also discussed.
The coupled finite/boundary element method is used in numerical analysis for acoustic radiation from the vibration of rectangular composite plate which is simply supported. This analysis is validated using the Wallace equation for an isotropic plate. Active control of sound fields has been carried out using 3 pairs of piezoelectric sensor/actuator and a pair of viscoelastic material by passive constrained layer damping treatment. The results show that the optimal placement of piezoelectric sensor/actuator and VE patch is required to control the sound fields from a vibrating composite plate.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권2호
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pp.223-246
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2015
Structural vibration control using a piezoelectric shunt is an established control technique. This technique involves connecting a piezoelectric patch, which is bonded onto or embedded into the vibrating structure, to an electric shunt circuit. Thus, vibration energy is converted into electrical energy and is dissipated through a network of electrical components. Different configurations of shunt have been researched, among which the negative capacitance-inductance shunt has gained prominence recently. It is basically an analog, active circuit consisting of operational amplifiers and passive elements to introduce real and imaginary impedance on the vibrating structure. The present study attempts to model the behavior of a negative capacitance-inductance shunt in terms of power output and efficiency using circuit modeling software. The shunt model is validated experimentally and is used to control the structural vibration of an aluminum beam, connected to a pair of piezoelectric patches, under broadband excitation. The model is also used to determine the optimal parameters of a negative capacitance-inductance shunt to increase the efficiency and predict the voltage output limit of op-amp against the supply voltage.
The present study investigates the employing of piezoelectric patches in active control of a sandwich plate. Indeed, the active control and optimal patch distribution on this structure are presented together. A sandwich plate with honeycomb core and composite reinforced by carbon nanotubes in facesheet layers is considered so that the optimum position of actuator/sensor patches pair is guaranteed to suppress the vibration of sandwich structures. The sandwich panel consists of a search space which is a square of 200 × 200 mm with a numerous number of candidates for the optimum position. Also, different dimension of square and rectangular plates to obtain the optimal placement of piezoelectric actuator/senor patches pair is considered. Based on genetic algorithm and LQR, the optimum position of patches and fitness function is determined, respectively. The present study reveals that the efficiency and performance of LQR control is affected by the optimal placement of the actuator/sensor patches pair to a large extent. It is also shown that an intelligent selection of the parent, repeated genes filtering, and 80% crossover and 20% mutation would increase the convergence of the algorithm. It is noted that a fitness function is achieved by collection actuator/sensor patches pair cost functions in the same position (controllability). It is worth mentioning that the study of the optimal location of actuator/sensor patches pair is carried out for different boundary conditions of a sandwich plate such as simply supported and clamped boundary conditions.
안전감쇠에 의해 전달 소음을 저감시키는 압전지능패널에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 압전지능패널은 기본적으로 압전재료를 부착한 평판 구조물에 션트회로를 연결하고 흡음재들을 부가한 구조물이다. 지능패널은 중 주파수영역에서 흡음재의 수동적 특성을 이용하고 저주파수영역의 공진주파수에서는 압전감쇠를 적용하여 소음저감을 이루는 개념이다. 저주파공진에서의 소음저감을 위하여 측정한 전기적임피던스모델을 이용하는 압선감쇠를 적용하였다. 압전감쇠를 위한 공진 션트회로는 직렬로 연결된 저항과 인넉터로 구성되었으며, 저항과 인덕터는 회로에서 소산되는 에너지가 최대가 될 수 있는 값으로 최적설계하였다. 압전지능패널의 전달 소음저감성능은 음향터널을 사용하여 실험을 수행하였다. 음향터널은 사각단면 형태이며 소음 원으로 터널의 한 쪽 끝에 스피커가 설치되었다. 패널들을 터널의 중앙에 설치하여 투과 음압을 측정하였다. 흡음재를 갖는 지능패널과 흡음재와 공기층을 갖는 압전이중지능패널은 수동적 특성에 의해 저주파영역의 공진주파수를 제외한 중 주파수영역에서 뚜렷한 소음저감 효과를 나타내었다. 압전감쇠를 통하여, 첫 번째 공진주파수에서 약 10dB, 8dB의 소음저감 효과를 얻었다. 압전감쇠와 수동특성을 혼용하는 압전지능패널은 넓은 주파수영역에서의 소음저감을 위한 유망한 기술이다.
This paper describes the experimental method to monitor the structural integrity. The crack on structures changes the wave propagation characteristics of structures. To monitor this change, frequency dependent variation of dynamic stiffness of beam structures is obtained by using beam transfer function method, and its trends are compared to undamaged one for identifying the location and size of the crack. Piezoelectric actuators were used to generate flexural vibrations. It eliminated various restrictions of continuously measuring wave propagation characteristics and monitoring structural integrity. The structural integrity was identified with minimal number of measurements and smart structures employing PZT actuations.
Performance evaluation of advanced piezoelectric composite actuator is conducted with its application of structural vibration control. Characteristics of MFC(macro fiber composite) actuator are investigated by comparing traditional piezoceramic patch actuator. Finite element modeling is used to obtain equations of motion and boundary effects of smart hull structure with MFC actuator. Dynamic characteristics of the smart hull structure are studied through modal analysis and experimental investigation. LQG control algorithm is employed to investigate active damping of hull structure. It is observed that vibration of hull structure is suppressed effectively by the MFC actuators.
Performance evaluation of advanced piezoelectric composite actuator is conducted with its application of structural vibration control. Characteristics of MFC (macro fiber composite) actuator are investigated by comparing traditional piezoceramic patch actuator. Finite element modeling is used to obtain equations of motion and boundary effects of smart hull structure with MFC actuator. Dynamic characteristics of the smart hull structure are studied through modal analysis and experimental investigation. LQG control algorithm is employed to investigate active damping of hull structure. It is observed that vibration of hull structure is suppressed effectively by the MFC actuators.
In this study, a finite element(FE) analysis on electro-mechanical impedance response of cable-anchor connection interface under various anchor force is presented. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. Firstly, an interface washer coupled with piezoelectric(PZT) material is designed for monitoring cable-force loss. The interface washer is a small aluminum plate on which a PZT patch is surface-bonded. Cable-force loss could be monitored by installing the interface washer between the anchor plate and the anchorage of cable-anchor connection and examining the changes of impedance of the interface washer. Secondly, a FE model for cable-anchor connection is established to examine the effect of cable-force on impedance response of interface washer. Also, the effects of geometrical and material properties of the interface washer on impedance responses under various cable-forces are investigated. Finally, validation of the FE analysis is experimentally evaluated by a lab-scale cable-anchor connection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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