Μοντελοποίηση πιεζοηλεκτρικής διάταξης με εξωτερικό κύκλωμα συνδυασμένης εμπέδησης για ημιενεργό αποσβεστήρα συντονισμένης μάζας

Loading...
Thumbnail Image

Date

2024-07-04

Authors

Γαλαζούλας, Χρήστος

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Αυτή η εργασία αναλύει τη διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη δημιουργία μοντέλων προσομοίωσης του πιεζοηλεκτρικού ενεργοποιητή APA-1500L από την Cedrat Technologies. Η πρόοδος στον τομέα των ηλεκτρονικών συστημάτων, αλλά και η ανάγκη για μείωση της κατανάλωσης ενέργειας, φέρουν στο προσκήνιο προσπάθειες για ανάκτηση ενέργειας από πολλές πιθανές πηγές. Μία πηγή με μεγάλο περιθώριο αξιοποίησης είναι οι κραδασμοί σε δυναμικά συστήματα. Μέσω μιας πιεζοηλεκτρικής συσκευής, είναι δυνατόν να επιτευχθεί απόσβεση κραδασμών σε συστήματα σε συνδυασμό με ανάκτηση ενέργειας, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί στη λειτουργία δευτερευόντων συστημάτων. Ο στόχος είναι να μοντελοποιηθεί μια πιεζοηλεκτρική συσκευή που χρησιμοποιείται σε ένα ημι-ενεργό σύστημα απόσβεσης κραδασμών. Το σύστημα έχει παρουσιάσει σημαντικές δυνατότητες στη μείωση των δονήσεων από πολλαπλές δομικές μορφές στο εύρος χαμηλών συχνοτήτων χρησιμοποιώντας μια μικρή βοηθητική μάζα. Τα αρχικά αναλυτικά μοντέλα θα συγκριθούν με σύνθετα τρισδιάστατα μοντέλα τα οποία βελτιώνουν τις προβλέψεις των αναλυτικών. Το εύρος της εργασίας είναι ο λεπτομερής σχεδιασμός της συσκευής σε δισδιάστατο και τρισδιάστατο χώρο, να αξιολογηθούν οι δυνατές μέθοδοι διακριτοποίησης σε κάθε περίπτωση και να ενσωματωθούν οι ηλεκτρομηχανικές ιδιότητες των πιεζοηλεκτρικών στοιχείων στη συσκευή. Δισδιάστατα μοντέλα δημιουργούνται χρησιμοποιώντας τα λογισμικά Abaqus και MATLAB. Τα μοντέλα χρησιμοποιώντας στοιχεία πλαισίου και δικτυώματος συγκρίνονται σε στατικές και δυναμικές προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας ένα ή περισσότερα στοιχεία. Κατά τη διάρκεια των δοκιμών με πολλά στοιχεία επιτυγχάνεται σύγκλιση διακριτοποίησης καθορίζοντας έτσι τον αριθμό των στοιχείων που είναι απαραίτητα για να έχουμε ικανοποιητικά αποτελέσματα. Τα δισδιάστατα μοντέλα ήταν επιτυχή στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς της πραγματικής συσκευής στο φάσμα συχνοτήτων της πρώτης ιδιοσυχνότητας της συσκευής. Τρισδιάστατα μοντέλα προετοιμάστηκαν στο Abaqus και χρειάστηκαν λεπτομερή μελέτη της γεωμετρίας της συσκευής και πολλές συγκρίσεις διακριτοποίησης πριν καταλήξουμε στην βέλτιστη τεχνική. Τα αποτελέσματα βελτιώθηκαν σε σύγκριση με τα δισδιάστατα μοντέλα προβλέποντας μια δεύτερη συχνότητα συντονισμού όπως μετρήθηκε στην πειραματική εκστρατεία. Για αυτούς τους λόγους η ηλεκτρομηχανική ενσωμάτωση εξετάζεται χρησιμοποιώντας αυτά τα μοντέλα. Προκειμένου να αποκτηθούν οι πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες του υλικού για χρήση ως είσοδο για το μοντέλο, πραγματοποιούνται πειραματικές μετρήσεις στη συσκευή και οι καταστατικές εξισώσεις για το μονό πιεζοηλεκτρικό στρώμα μετατρέπονται για να εκφραστούν οι εξισώσεις κίνησης των στοιβάδων πολλαπλών στρώσεων. Για πιο ρεαλιστική προσομοίωση, η συστοιχία της συσκευής μοντελοποιείται ως πολλαπλά πιεζοηλεκτρικά στρώματα συνδεδεμένα ηλεκτρικά παράλληλα χρησιμοποιώντας κατάλληλους περιορισμούς εξισώσεων. Τα αποτελέσματα με τους κατάλληλους διορθωτικούς συντελεστές που χρησιμοποιούνται στις πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες είναι ικανοποιητικά με τη συσκευή να δείχνει συμπεριφορά πολύ κοντά στις μηχανικές και ηλεκτρικές πειραματικές μετρήσεις.Το αποτέλεσμα είναι ο σχεδιασμός και η επαλήθευση ενός μοντέλου για την ειδική πιεζοηλεκτρική συσκευή η οποία με γεωμετρικές βελτιστοποιήσεις είναι ικανή να χρησιμοποιηθεί σε μοντέλα με σύνθετες δομές για την πρόβλεψη των ικανοτήτων ελέγχου δονήσεων της συσκευής.

Description

Keywords

Έλεγχος κραδασμών, Πιεζοηλεκτρικοί αποσβεστήρες, Τρισδιάστατη μοντελοποίηση, Ενεργειακή συγκομιδή, Μοντελοποίηση πεπερασμένων στοιχείων

Citation