Стратегии демпфирования колебаний конструкций с пьезоэлементами и внешними электрическими цепями и их экспериментальная иллюстрация
Автор: Юрлов М.А., Юрлова Н.А.
Статья в выпуске: 4, 2014 года.
Бесплатный доступ
На основе известных литературных источников приводятся основные понятия о smart-материалах и описание стратегий демпфирования колебаний конструкций с пьезоэлементами и внешними электрическими цепями. Рассматриваются различные варианты внешних пассивных электрических цепей, состоящих из резисторов, индуктивностей и емкостей, и основные схемы активных внешних электрических цепей с обратной связью и упреждающей адаптивной фильтрацией. Приводятся результаты экспериментальных исследований по демпфированию колебаний консольной стальной балки при различных вариантах внешних пассивных электрических цепей и расположения пьезоэлементов. Результаты исследований привели к следующим выводам: применение резонансных цепей для демпфирования колебаний конструкции более эффективно, чем применение резистивных цепей; демпфирование колебаний увеличивается при расположении пьезоэлементов в зонах с наибольшим градиентом формоизменения; существуют моды колебаний конструкций, при которых на поверхности пьезоэлементов не возникает электрический потенциал, достаточный по величине, чтобы можно было использовать пьезоэлементы для демпфирования данной моды колебаний; параллельное подключение к внешней электрической цепи дополнительных пьезоэлементов позволяет добиться большей степени демпфирования колебаний, снижая значения оптимальных индуктивности и сопротивления; параметры оптимальной шунтирующей цепи для соответствующей моды колебаний не зависят от амплитуды колебаний, определяемой уровнем внешнего воздействия. Приводятся результаты эксперимента по демпфированию колебаний при импульсном нагружении на основе использования активной внешней электрической цепи при варианте управления с обратной связью.
Внешние электрические цепи, резонансные и резистивные шунтирующие цепи, демпфирование колебаний, пассивное и активное управление колебаниями
Короткий адрес: https://sciup.org/146211539
IDR: 146211539 | УДК: 539.3 | DOI: 10.15593/perm.mech/2014.4.10
Strategy of damping vibration of structures with piezoelectric elements and external electrical circuits and their experimental illustration
This paper presents basic concepts of smart-materials and strategies of vibration damping structures with piezoelectric elements and external circuits, based on the well-known works. Different variants of external passive electrical circuits consisting of resistors, inductance and capacitance, and the main circuit of active electric circuits with feedback and feed forward adaptive filtering are considered. The authors presented the results of experimental studies on damping vibrations of cantilever steel beam with different types of external passive electrical circuits and the locations of piezoelectric elements. Research results lead to the following conclusions: the use of resonant circuits for the damping of vibrations of the structure is more effective than the resistive circuits; vibration damping increases when piezoelectric elements are placed in the zones with the largest gradient forming; parallel connection to an external electrical circuit of additional piezoelectric elements allows achieving a greater degree of vibration damping and decrease of values related to optimal inductance and resistance; there are modes of vibration of structures, in which there are no sufficient in size electric potential at the surface of the piezoelectric elements, to be able to use the piezoelectric damping of the oscillation mode; optimal parameters of a shunt circuit for the corresponding vibration modes do not depend on the amplitude of the oscillations determined by levels of external influence. The paper presents the results of the experiment on damping vibrations at impact loading through the use of the active external electric circuit in case of feedback control.
