به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "piezoelectric patches" در نشریات گروه "مکانیک"

تکرار جستجوی کلیدواژه «piezoelectric patches» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • میلاد عظیمی*، صمد مرادی
    این مقاله به طراحی سیستم کنترل ترکیبی مانور و ارتعاشات یک فضاپیمای انعطافپذیر در مانور وضعیت با استفاده از عملگرهای تراستر-چرخ عکس العملی در ساختار هیبرید و وصله های پیزوالکتریک پرداخته است. مانور زاویه-بزرگ این فضاپیما در قالب دو ماموریت مجزا با استفاده از مدل توسعه یافته کنترلری مبتنی بر تیوری لیاپانوف و ارتعاشات باقی مانده با به کارگیری تیوری فیدبک نرخ کرنش کنترل شده است. پایداری کلی سیستم شامل دینامیک چرخ عکس العملی و وصله های حسگر/عملگر پیزوالکتریک با استفاده از ورودی ناپیوسته کنترلی تولید شده توسط تراستر و مدولاتور پهنا-باند/پالس-فرکانس اثبات و ارتعاشات باقی مانده به حداقل رسیده است. ویژگی منحصر به فرد روش پیشنهادی در به کارگیری عملگرها، زمان سوییچ عملکرد تراسترها و چرخ عکس العملی می باشد که مبتنی بر انرژی سیستم تنظیم شده است. شبیه سازی های انجام شده با به کارگیری تیوری کنترلی پیشنهادی و استفاده از عملگرهای هیبرید امکان انجام مانورهای با زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات را نمایش می دهد.
    کلید واژگان: عملگرهای هیبرید, کنترل فعال ارتعاشات, فضاپیمای انعطاف پذیر, کنترلر لیاپانوف, وصله های پیزوالکتریک
    Milad Azimi *, Samad Moradi
    This paper presents a study concerning active vibration control of a smart flexible spacecraft during attitude maneuver using thrusters and reaction wheels (RW) in combination and piezoelectric (PZT) sensor/actuator patches. The large-angle maneuver and residual vibration of the spacecraft are controlled using an extended Lyapunov-based design (ELD) and strain rate feedback (SRF) theory for a two-mode mission. The single-axis fully coupled nolinear rigid-flexible dynamic of the system is derived applying a Lagrangian approach and Finite Element Method (FEM). The overall stability of the system including energetic terms covering a hub and two flexible appendages, torsional spring, RW, and PZT dynamics, has been proved and the control law has been derived accordingly. A pulse-width pulse-frequency (PWPF) modulation is used to alleviate the excitations of high-frequency flexible modes. However, due to the fast maneuver, there are still residual vibrations in the system. Hence, the SRF algorithm using PZT is applied to prepare further vibration suppression. A great feature of the proposed hybrid actuator system is the switching time of the thrusters and RW, which is based on total system energy. The numerical results for a flexible spacecraft with large-angle, agile, and precise maneuver requirements through a comparative study verify the merits of the proposed approach.
    Keywords: active vibration control, flexible spacecraft, Hybrid actuators, Lyapunov design, piezoelectric patches
  • میلاد عظیمی*، صمد مرادی

    این مقاله به طراحی قانون کنترلی برای مانور وضعیت و کاهش ارتعاشات باقی مانده یک فضاپیمای انعطاف پذیر پرداخته است. تیوری توسعه یافته مبتنی بر طراحی تابع لیاپانوف با لحاظ دینامیک چرخ عکس العملی و حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک و استفاده از کنترلر فیدبک نرخ کرنش برای ارتعاشات باقی مانده پس از فاز دستیابی به زاویه مطلوب ارایه شده است. معادلات حرکت غیرخطی سیستم با لحاظ دینامیک غیر خطی و کاملا کوپل جسم صلب-انعطاف پذیر فضاپیمای در مانور تک-محوره با پیاده سازی روش مودهای فرضی و اصل همیلتون استخراج شده است. پایداری کلی سیستم صلب -انعطاف‏پذیر با استفاده از ورودی های پیوسته (چرخ عکس العملی) و ناپیوسته کنترلی (تراستر) اثبات و ارتعاشات باقیمانده به حداقل رسیده است. عملکرد سیستم کنترل توسعه یافته پیشنهادی در مقایسه با نمونه رایج آن و رویکرد کنترلی جانمایی قطبها بررسی شده است. شبیه سازیهای انجام شده برای یک مانور با زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات ناشی از تحریک پنل‏های انعطاف‏پذیر بیانگر مزیت و کارایی روش پیشنهادی می‏باشد.

    کلید واژگان: کنترل ارتعاشات, دینامیک عملگر, فضاپیمای انعطاف پذیر_ کنترلر توسعه یافته لیاپانوف, وصله های پیزوالکتریک
    Milad Azimi *, Samad Moradi

    This paper presents a study concerning active vibration control of a smart, flexible spacecraft during attitude maneuver using thrusters/ a reaction wheel and piezoelectric patches. The large-angle maneuver and residual vibration of the spacecraft are controlled utilizing an extended Lyapunov-based design (ELD) and strain rate feedback (SRF) theory. The single-axis fully coupled rigid-flexible dynamic of the system is derived applying a Lagrangian approach and Assumed Mode Method (AMM). The system's overall stability, including energetic terms covering a hub, two flexible appendages, PZT sensor/actuator, RW dynamics, and torsional spring, has been proved, and the control law has been derived accordingly. A pulse-width pulse-frequency (PWPF) modulation is used to alleviate the excitations of high-frequency flexible modes. However, due to the fast maneuver, there are still residual vibrations in the system. Hence, the SRF algorithm using PZT is applied to prepare further vibration suppression. The performance of the proposed extended controller is compared to the conventional Lyapunov and pole placement control algorithms. The numerical results for simultaneously large angle attitude and vibration control of a flexible spacecraft through a comparative study verify the merits of the proposed approach.

    Keywords: Thrusters, Vibration Control, Flexible Spacecraft, Lyapunov Controller, Piezoelectric Patches
  • ناصرالدین سپهری*، محمد احسانی، مهناز شمشیرساز، مجتبی صدیقی

    ازجمله ایده های نوین برای شناسایی زودهنگام آسیب استفاده از ماهیت غیرخطی آسیب های سازه ای با استفاده از وصله های پیزوالکتریک است. شل شدن تکیه گاه گیردار ازجمله عیوبی است که سبب ایجاد اختلال در عملکرد سازه می شود. در این مقاله روش المان طیفی فوریه برای بررسی رفتار غیرخطی تماسی ناشی از شل شدن تکیه گاه گیردار با استفاده از روش تلفیق ارتعاشات و آکوستیک ارایه شده است. سه وصله پیزوالکتریک روی تیر اویلر-برنولی جاسازی شده است. دو عدد از پیزوالکتریک ها به عنوان عملگر پمپ و حامل و وصله پیزوالکتریک سوم به عنوان حس گر برای برداشت سیگنال تلفیق شده مورداستفاده قرار می گیرند. در مدل عددی از ایده بستر الاستیک به منظور مدل سازی تکیه گاه استفاده شد. رفتار غیرخطی تماسی به صورت اعمال یک لقی بین سازه میزبان و سطح صلب مدل سازی شد. آزمون های تجربی و شبیه سازی های عددی در دو حالت سالم و معیوب (تکیه گاه شل شده) و در فرکانس های مختلف انجام پذیرفت. پردازش سیگنال های ثبت شده به صورت سری زمانی در حوزه فرکانس امکان احراز پدیده تلفیق و استخراج شاخص آسیب مناسب با شدت آسیب را فراهم می سازد. طبق نتایج، المان طیفی فوریه امکان شبیه سازی پدیده تلفیق را با دقت مناسب (صحه گذاری با نتایج تجربی) و همچنین نرخ همگرایی بالا فراهم می آورد.

    کلید واژگان: پایش سلامت سازه, تلفیق ارتعاشات و آکوستیک, تماس آکوستیک غیرخطی, وصله پیزوالکتریک, المان طیفی فوریه
    Naserodin Sepehry *, Mohammad Ehsani, Mahnaz Shamshirsaz, Mojtaba Sadighi

    Exploiting the nonlinear nature of structural damage through piezoelectric patches is one of the latest concepts of early detection of damage. Support loosening as one of the prevalent defects in engineering systems is a source of contact acoustic nonlinearity. Vibro-acoustic modulation has proven to be a promising method for revealing structural nonlinearity characteristics. Requiring a large number of cycles to be solved in the time domain to reach the steady-state before evaluating the results in the frequency domain, makes using existing computational methods such as finite element method to model this phenomenon very expensive. This paper is concerned with a novel numerical method called Fourier spectral element to investigate the vibro-acoustic modulation in the Euler-Bernoulli beam caused by contact nonlinearity. Three piezoelectrics were attached to the beam as the probe, pump and sensor. The numerical outcomes are compared against the experimental results to check the validity of the developed method. The results show that the Fourier spectral element not only provides a high convergence rate but is also capable of simulating the phenomenon of modulation with sufficient accuracy.

    Keywords: Structural Health Monitoring, Vibro-Acoustics Modulation, Contact Acoustics Nonlinearity, Piezoelectric Patches, Fourier Spectral Element
  • محمد جعفری نیاسر*، علی اصغر جعفری، محسن ایرانی رهقی، محمدجواد بابایی

    در مقاله حاضر کنترل دامنه ارتعاشات اجباری یک پوسته مخروطی از جنس مواد مدرج تابعی در حالت چرخان با استفاده از وصله های پیزوالکتریک از جنس مواد مدرج تابعی تحلیل گردیده است. تعداد 4 تکه پیزوالکتریک داخل پوسته و مشابه همین روی پوسته قرار گرفته اند. برای بدست آوردن دینامیک سیستم از روش انرژی و نظریه کلاسیک استفاده شده است. پاسخ ارتعاشات با شرایط مرزی دو سر ساده به صورت عبارتی با جدا سازی توابع مکان و زمان و همچنین ضرایب متغیر با زمان برای هر متغیر سیستم در نظر گرفته شده است. پس از آن با قرار دادن پاسخ های در نظر گرفته شده در توابع انرژی و در نهایت استفاده از معادله لاگرانژ، دینامیک حاکم بر سیستم حاصل می گردد. فرکانس های طبیعی پوسته غیرچرخان و چرخان با نتایج پژوهش های قبلی مقایسه شده است. همچنین برای کنترل ارتعاشات از پسخورد سرعت استفاده شده به گونه ای که ولتاژ سنسور که وابسته به سطح، ضخامت و محل قرار گیری هر سنسور است محاسبه شده و در ولتاژ عملگر از آن استفاده می شود. در ادامه، کنترل سیستم ابتدا در مود اول و سپس برای سیستم همگرا شده انجام می گیرد که در هر دو حالت حلقه کنترلی به خوبی دامنه ارتعاشاتی اجباری را مستهلک می کند.

    کلید واژگان: پوسته مخروطی چرخان, پوسته مدرج تابعی, وصله های پیزوالکتریک, کنترل فعال ارتعاشات
    M. Jafariniasar *, A. A. Jafari, M. Irani Rahagi, M. J. Babaei

    In this paper, control of forced vibration amplitude of a rotating FGM conical shell is studied using FGPM patches. Four piezoelectric patches are placed inner and outer of the shell. In order to obtain the system dynamic equations, the energy method and the classical plate theory are used and simply supported boundary conditions are considered. Each system variable is considered as an expression by separation of variables with variable-time coefficients. Subsequently by substitution the considered responses in the energy functions and finally using the Lagrange equation, the governing equations of the system are obtained. Natural frequencies are compared with the result of previous researches in the case of non-rotating and rotating shell. Also to control vibration, velocity feedback is used so that sensor voltage, which is dependent on the surface, thickness, and location of each sensor, is calculated and used in the actuator voltage. In the following section, control of the system is done for first mode and then convergent system, which in both cases, Closed-loop system well dampens amplitude of forced vibrations.

    Keywords: Rotating conical shell, FGM Shell, Piezoelectric patches, Active Vibration Control
  • ناصرالدین سپهری*، محمد احسانی، مهناز شمشیرساز، مجتبی صدیقی

    به کارگیری مشخصه های دینامیکی غیرخطی سازه تحت پایش به منظور شناسایی زودهنگام آسیب، ازجمله ایده های جدید در حوزه پایش سلامت مبتنی بر وصله های پیزوالکتریک به شمار می رود. شل شدن تکیه گاه گیردار ازجمله عیوبی است که نه تنها منجر به ایجاد اخلال در سیستم های مهندسی مختلف می شود، بلکه اغلب با تاثیرگذاری بر روی سیگنال های حسگری، شناسایی آسیب در سازه را با چالش مواجه می کند. در این پژوهش رفتار غیرخطی تماسی ناشی از شل شدن تکیه گاه گیردار به کمک تکنیک تلفیق ارتعاشات و آکوستیک مورد پایش قرار گرفت. استفاده از وصله های پیزوالکتریک با قابلیت اتصال دایم به سازه میزبان به منظور تحریک سیگنال های پمپ و حامل و همچنین ثبت سیگنال تلفیق شده، امکان پایش برخط مبتنی بر تکنیک تلفیق را فراهم آورد. اعمال یک فیلتر مناسب منجر به حذف فرکانس های طبیعی و ظهور باندهای جانبی تلفیق در اطراف فرکانس تحریک مرکزی شد. در این پژوهش همچنین حساسیت تلفیق به فرکانس تحریک سیگنال پمپ مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج، بروز باندهای تلفیق جانبی در اطراف باند فرکانس مرکزی، شاخص مناسبی برای تشخیص رفتار غیرخطی ناشی از شل شدن تکیه گاه محسوب می شود. در ادامه از یک مدل المان محدود وابسته الکترومکانیکی به منظور بررسی مکانیزم دقیق ایجاد پدیده تلفیق استفاده شد. تطابق مناسب نتایج عددی و آزمایشگاهی، نشان از دقت کافی مدل عددی توسعه داده شده و قابلیت آن در پیش بینی پدیده تلفیق دارد.

    کلید واژگان: پایش سلامت سازه, تلفیق ارتعاشات و آکوستیک, غیرخطی تماسی آکوستیک, وصله های پیزوالکتریک, مدل المان محدود وابسته الکترومکانیکی, نتایج تجربی
    N. Sepehry*, M. Ehsani, M. Shamshirsaz, M. Sadighi

    Employing nonlinear dynamic signature of the host structure for early damage detection and remaining useful life estimation purposes, is an emerging idea in the area of piezoelectric patches based structural health monitoring. Clamped support loosening is one of the defects that not only may cause disorder in system’s functioning, but also obstruct damage identification process through distorting the signals. In this study, support loosening induced contact acoustic nonlinearity (CAN) behavior was monitored by vibro-acoustic modulation (VAM) technique. Using miniaturized PZT patches with the capability to be installed on the host structure permanently for both pump and probe actuation as well as sensing the modulated signal, enabled online monitoring via VAM technique. An appropriate filter was designed to eliminate the unintentionally excited natural frequencies and to reveal the sidebands. In this study, the sensitivity of modulation strength to the pump excitation frequency was also investigated. According to the results, appearance of sidebands around the central probe frequency is an appropriate indicator for CAN identification. In order to study the mechanism of modulation phenomenon, a coupled field electromechanical finite element (FE) model was developed. Proper matching of the numerical and experimental results indicates sufficient accuracy of the developed FE model and its potential to predict the modulation behavior.

    Keywords: Structural Health Monitoring, Vibro-Acoustic Modulation, Contact Acoustic Nonlinearity, Piezoelectric Patches, Coupled Field Finite, Element Analysis, Experimental Results
  • مجید حیدری، شهرام هادیان جزی *
    در این مقاله کنترل فعال ارتعاشات یک تیر دوار یک سر گیردار هوشمند به کمک وصله های پیزوالکتریک حسگری و عملگری روی سطوح خارجی آن بررسی شده است. معادلات حرکت با استفاده از روش المان محدود و به کمک المان های 6 و 9 درجه برای قسمت های فاقد وصله و قسمت های شامل آن ها، گسسته سازی شده است. چند نوع مختلف کنترل کننده مانند LQR، LQG و پسخورد سرعت برای کنترل فعال نوسانات استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد کنترل کننده LQR به دلیل پسخورد همه حالت های سیستم عملکرد بهتری از نظر زمان نشست دارد. درحالی که کنترل کننده پسخورد سرعت فقط به داده های سنسورهای پیزوالکتریک نیاز داشته و بنابراین به کار گیری آن مقرون به صرفه تر و عملی تر است. در این مقاله همچنین اثر تعداد زوج وصله های پیزوالکتریک روی کنترل ارتعاشات تیر با در نظر گرفتن چهار جفت وصله در نقاط مختلف تیر مطالعه شده است.
    کلید واژگان: تیر دوار, کنترل فعال نوسانات, وصله پیزوالکتریک, کنترل بهینه, پسخورد سرعت
    M. Heidari, Sh. Hadian Jazi *
    The active vibration control of a smart cantilever rotary beam, using dual sensor and actuator piezoelectric patches stuck on the outer surface of the beam, is studied. Motion equations are discretized by finite element method with 6 and 9 DOF elements for parts without piezoelectric patches and with them, respectively. Several types of controllers such as LQR, LQG and rate feedback controller are employed to actively control vibrations of the beam. Simulation results exhibit a better performance in terms of settling time for the LQR controller due to all states’ feedback; while rate controller is only relying on the sensor patches for feedback which is convenient in terms of cost. Also, the effect of the number of piezoelectric patches is studied.
    Keywords: Rotary Beam, Active Vibration Control, Piezoelectric Patches, Optimal Control, Rate Feedback
  • نیما ندیریان، حسن بیگلری *، محمد علی حامد
    در این مقاله، پاسخ دینامیکی تیر ساندویچی با هسته انعطاف پذیرو تکیه گاه ساده مجهز به وصله های حسگر و عملگر پیزوالکتریک تحت بار گسترده سینوسی قبل و بعد از کنترل بررسی می شود. برای به دست آوردن پاسخ سازه ای از نظریه سه لایه تیر ساندویچی استفاده شده است که در آن برای رویه بالا و رویه پایین نظریه اویلر-برنولی و برای هسته نظریه مرتبه اول خطی بکار گرفته شده است. معادلات حاکم بر مساله با استفاده از اصل هامیلتون استخراج شده اند. با استفاده از روش گالرکین معادلات دیفرانسیل جزئی حاکم بر مساله به معادلات دیفرانسیل معمولی در حوزه زمان تبدیل شده و سپس با تعریف مناسب متغیرهای حالت، معادلات حالت سیستم ب دست آمده اند. از روش کنترلی بهینه خطی مرتبه دوم برای کنترل ارتعاشات استفاده شده است. هدف مقاله نشان دادن اثر انعطاف پذیری هسته در کنترل پاسخ دینامیکی تیر و بررسی پاسخ فرکانسی آن قبل و بعد از بستن حلقه کنترلی توسط نظریه سه لایه تیر ساندویچی است. بررسی ها بیانگر عملکرد خوب کنترلر در کاهش دامنه ارتعاشات است. همچنین، انعطاف پذیری هسته می تواند باعث ایجاد حدود 18% اختلاف در دامنه ارتعاش رویه بالا و پایین شود که این امر در تعیین محل عملگر و حسگر در رویه بالا و پایین تاثیرگذار است.
    کلید واژگان: تیر ساندویچی, هسته انعطاف پذیر_ وصله پیزوالکتریک, کنترل بهینه خطی مرتبه دوم, تئوری سه لایه
    N. Nadirian, H. Biglari *, M. A. Hamed
    In this paper, the response of simply supported flexible core sandwich beam with piezoelectric patch, under uniform harmonic loading with and without the control is analyzed. Sandwich beam is modeled using three-layer sandwich beam theory. Governing equations of motion are obtained using Hamilton’s principle, based on Euler–Bernoulli beam theory for face-sheets and linear displacement field theory for soft core. By defining suitable state variables in time domain and using Galerkin’s method, the state space equations of system are derived from governing equations of motion. Controller is designed using LQR technique. Dynamic response and frequency response of beam in open and closed loop configuration are obtained and the effect of flexible core on the control of dynamic response is investigated. The obtained results show that the controller can play an important role toward damping out the vibration of the sandwich beam. Also, it is shown that the %18 difference between vibration amplitudes of top and bottom face sheets, because of the flexibility of the core, affects the position of piezo actuator and sensor.
    Keywords: Sandwich Beam, Flexible Core, Piezoelectric patches, Linear Quadratic Regulator Control Method, Three LayeredTheory
  • J. Jafari Fesharaki, S.Gh. Madani, S. Golabi
    This article has studied the effect of ratio of stiffness and thickness between piezoelectric actuators and host plat has been explored on optimal pattern for placement of piezoelectric work pieces around a hole in thin isotropic plate under static loading to reduce stress concentration. The piezoelectric actuators reduce directly or indirectly the stress concentration by applying positive and negative strains on the host plate. For this purpose, various modes as the thickness/stiffness ratios of the plate to the piezoelectric patches as ≥1 or ≤1 were considered. Then, a Python code was developed using particle swarm optimization algorithm in order to achieve the best model of piezoelectric actuators around the hole for maximum reduction in stress concentration factor. Also, the maximum stress concentration on the top and bottom of the hole was moved to another point around the edge by changing the location of piezoelectric patches. The results obtained from software solutions were confirmed by experimental tests.
    Keywords: Optimization, Piezoelectric patches, Stiffness, Particle swarm optimization
  • M. Malekzadeh *
    In this article, the issue of attitude control and active vibration suppression of a nonlinear flexible spacecraft is assessed through piezoelectric patches as actuator and sensors. Two controller loops are applied: the inner loop, to make the panel vibration damped through piezoelectric patches; and the outer loop, to perform spacecraft maneuver using the reaction wheel acting on the hub. An optimal controller is designed in the inner loop and two robust controllers are designed as the outer loop, which are used interchangeably. One is a high-ordersliding mode controller using super twisting algorithm and the other is a nonsingular terminal sliding mode controller. With respect to the non-minimum phase properties of the system, if the panel deflection is defined as the output, the output redefinition approach is introduced.The performances of the proposed controllers are compared in terms of tracking attitude trajectory, panel vibration suppression, robustness towards uncertainties, sensor noise, disturbances and nonlinearity in large maneuvers.
    Keywords: Active control, Flexible Spacecraft, piezoelectric patches, super twisting algorithm, nonsingular terminal sliding mode, output redefinition approach
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال