In eine existierende mechanische Struktur wird nachträglicvh eine Piezoaktuatorik eingebunden, die das strukturdynamische Verhalten gezielt beeinflussen soll. Nach dem Prinzip der Körperschallinterferenz sollen die künstlich erzeugten Schwingungen die betriebsbedingten Erregungen der Struktur kompensieren. Die zusätzlichen Massen- und Steifigkeitseinflüsse werden durch Koppelmatrizen erfasst. Piezokeramiken koppeln immer mechanische und elektrische Feldgrößen miteinander. Die Verknüpfung von elektrischen Feldern und mechanischen Dehnungen durch piezoelektrische Koeffizienten erfolgt hier nichtlinear. Das dynamsiche Verhalten der mechanischen Struktur wird auf modale Koordinaten transformiert. In der mechanischen Gleichung wird die Piezoaktuatorik durch ihre Kraftwirkung berücksichtigt (Aktuatorgleichung). Die Sensorgleichung ist in einen Verstärkerkreis eingebunden und bildet mit weiteren Widerständen und Induktivitäten ein Netzwerk. Die Matrizengleichungen, welche die Aktuator- und Sensorgleichungen des gesamten Systems beschreiben, sind durch die Nichtlinearitäten bedingt unsymmetrisch. Bei Experimenten an einem Seitenleitwerksmodell mit piezoaktuatorischen Interfaces zur Schwingungskompensation konnten die untersuchten Strukturmoden fast vollständig kompensiert werden.
A piezoceramic actuator is built into an existing structure to manipulate the latter's dynamic behaviour. Based on the interference principle of structure-borne sound, the artificially generated vibrations compensate for the dynamic response of the operating structure. Since piezoceramics always couple mechanical and electrical states, its additional mass and stiffness contributions are described by coupling matrices. Hence, the link between fields and mechanical strains is introdcued through non-linear coefficients. The dynamics of the mechanical structure is transformed into modal coordinates whereas the action of the piezoceramic actuator is taken into account by the equation of motion as a force (actuator equation). The so-called sensor equation is implemented into an amplification circuitry and forms a network along with several additional electrical resistivities and inductances. Due to the nonlinearity of the piezoceramic material, the system of equations linking actuator and sensor equation is asymmetric. EXperiments with an aircraft fin using a piezoelectric interface for vibration reduction revealed the complete cancellation of the analysed modes.
Nichtlineares Verhalten piezo-elektrisch beeinflusster Strukturen auf der Basis modaler Ansätze
2006
91 Seiten, 28 Bilder, 4 Tabellen, 83 Quellen
Hochschulschrift
Deutsch
aktive Schalldämpfung , Flugzeugleitwerk , Interferenz , mathematische Gleichung , mathematische Transformation , nichtlineares dynamisches System , nichtlineares Netzwerk , piezoelektrische Keramik , piezokeramischer Aktuator , Schalldämpfung , Schallemission , Schallfeld , Schallsensor , Schallstärke , Schwingungsmode , theoretisches Modell , Theorie-Experiment-Vergleich