Tytuł pozycji:
Piezoelectric vibration control of rotating structures
The considerations are concluded with an examination of the capability of piezoelectric actuators for the stabilisation of fIutter -type vibrations in journal bearing systems. A model of a rigid rotor symmetrically supported on journal bearings is investigated. The encouragement to take up such an effort ensues from the fact that slide bearings are very sensitive to the slightest changes in the size of their basic parameter, which is the lubricant gap. This size is comparable with the order of the tra- vel realised in standard piezoelectric materiaIs and stack actuators. The efficiency of the fIutter suppression is discussed for three various techniques of application of piezoelectric elements. The presented examination results prove the efficiency of vibration control in rotating systems by making use of piezoelectric elements, and they can be the starting point for more detailed cognitive and applied research in the future.
W pracy przedstawiono problem stabilizacji i redukcji drgań w wybranych wirujących elementach maszyn, takich jak wały i wirniki łożyskowane ślizgowo. Metodę stabilizacji i redukcji oparto na wykorzystaniu piezoelektrycznych materiałów, pozwalających uzyskać pożądany efekt mechaniczny poprzez sterowanie napięciem. W pierwszej części pracy dokonano analizy możliwości zastosowania nowych materiałów konstrukcyjnych, jakimi są aktywne laminaty zawierające piezoelektryczne włókna ceramiczne. Przedstawiono teoretyczne podstawy i równania konstytutywne aktywnych laminatów opisujące związek pomiędzy siłami i momentami, a odkształceniami i krzywiznami z uwzględnieniem sprzężenia elektromechanicznego pochodzącego od aktywnych włókien. Przedyskutowano szczególne przypadki laminowania poprzecznego oraz kątowego w kompozytach symetrycznych i antysymetrycznych. Uwzględniono trzy różne sposoby generowania pola elektrycznego w poszczególnych warstwach poprzez różny układ elektrod i przeanalizowano efektywność takich realizacji. Ogólne równania konstytutywne wykorzystano do budowy modelu wirującego wału wykonanego z aktywnego laminatu. Zbadano skuteczność aktywnej stabilizacji opartej na sprzężeniu proporcjonalnym i prędkościowym w zwiększaniu krytycznej prędkości wirowania, przy której pojawiają się drgania samowzbudne. W wałach kompozytowych prędkość ta jest stosunkowo niska ze względu na dość duże, w porównaniu do zwykłych materiałów izotropowych, tłumienie wewnętrzne. Wykazano, że zastosowana metoda pozwala na osiągnięcie zamierzonego celu oraz wpływa na okołokrytyczne zachowanie się układu. Skonstruowano rozwiązanie bifurkacyjne i zbadano cykle graniczne. Okazało się, że orbitalna stateczność tych cykli zależy od parametrów sterowania, które mogą w pewnych warunkach złagodzić skutki samowzbudzenia twardego poprzez jakościową konwersję bifurkacji podkrytycznej w nadkrytyczną. W dalszej części zaprezentowano efektywność sterowania drganiami skrętnymi na przykładzie wału kompozytowego obciążonego harmonicznym momentem skupionym. Na podstawie zbudowanego modelu wykazano możliwość znacznego obniżenia poziomu amplitud rezonansowych. Opisano trzy sposoby realizacji pola elektrycznego w laminacie przy sterowaniu ze sprzężeniem prędkościowym. Powyższe analizy poprzedzono dyskusją nad przydatnością i sposobem adaptacji lekkich, bezinercyjnych czujników piezoelektrycznych wykonanych z polimerów, których zadaniem jest mierzenie amplitudy różnych postaci drgań - poprzecznych giętnych, poprzecznych promieniowych, skrętnych. Rozważania zamknięto analizą stabilizacji flatteru w wirnikach łożyskowanych ślizgowo. Do badań wykorzystano model sztywnego wirnika symetrycznie osadzonego w płaskich łożyskach ślizgowych. Zachętą do podjętych badań był fakt, że układy takie są bardzo wrażliwe na zmiany podstawowego parametru, jakim jest luz łożyskowy. Jego wielkość jest porównywalna z efektem odkształcenia uzyskiwanego w standardowych materiałach i elementach piezoelektrycznych. Efektywność ochrony układu przed flatterem wykazano dla różnych sposobów wykorzystania piezoełektrycznych aktuatorów . Przedstawione wyniki badań dowodzą skuteczności zaproponowanej metody sterowania drganiami układów wirujących z wykorzystaniem elementów piezoelektrycznych i mogą stanowić punkt wyjścia do bardziej szczegółowych studiów o charakterze poznawczym i aplikacyjnym.
