Variant of multimodal vibration damping of electroviscoelastic structures by appropriate choice of external electric circuit parameters


Cite item

Full Text

Abstract

In technical applications it takes place the problem of vibration damping in certain regions of the structure, at the location of optical sensors for instance, at any external dynamic excitations with no mass increase and no changes in spectral portrait. In order to solve these problems it is widespread the use of special damping devices: piezoelectric elements connected to external electric circuits and attached to the structure. It became possible due to piezoelectric effect, which provides transformation of part of energy of vibrations into electric one, which is dissipated in external electric circuit. So that by using appropriate electric circuits one may dissipate internal energy and therefore reduce structural vibrations in definite frequency range. As a rule, external circuit of single branch, which shunts single piezoelectric element, allows vibration damping on one certain frequency. Due to the fact, that practical applications usually include requirements of damping of several modes by one and the same technical devices, the problem of multimodal vibration damping in smart-structures is rather acute. The objective of this paper is the study of possibility of vibration damping on several modes by using single external series RL-circuit, connected to electrodes of single piezoelectric element on the basis of solution of problems on natural and forced steady-state vibrations of electroelastic systems with external electric circuits.

About the authors

Dmitrii A Oshmarin

Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of RAS

Email: oshmarin@icmm.ru
(oshmarin@icmm.ru; Corresponding Author), Postgraduate Student, Dept. of complex problems in solid mechanics 1, Akad. Korolyova st., Perm, 614013, Russian Federation

Natalya V Sevodina

Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of RAS

Email: natsev@icmm.ru
(Cand Techn. Sci.; natsev@icmm.ru), Researcher, Dept. of complex problems in solid mechanics 1, Akad. Korolyova st., Perm, 614013, Russian Federation

Maksim A Yurlov

Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of RAS

Email: yurlovm@icmm.ru
Research Engineer, Dept. of complex problems in solid mechanics 1, Akad. Korolyova st., Perm, 614013, Russian Federation

Natalya A Yurlova

Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of RAS

Email: yurlova@icmm.ru
(Cand. Phys. & Math. Sci.; yurlova@icmm.ru), Senior Researcher, Dept. of complex problems in solid mechanics 1, Akad. Korolyova st., Perm, 614013, Russian Federation

References

  1. Hagood N. W., von Flotow A. Damping of structural vibrations with piezoelectricmaterials and passive electrical networks // Journal of Sound and Vibration, 1991. vol. 146, no. 2. pp. 243-268. doi: 10.1016/0022-460X(91)90762-9.
  2. Moheimani S. O. R., Fleming A. J. Piezoelectric transducers for vibration control and damping / Advances in Industrial Control. London: Springer-Verlag, 2006. xvi+271 pp. doi: 10.1007/1-84628-332-9
  3. Wu S. Y. Piezoelectric shunts with parallel R - L circuit for structural damping and vibration control // Proc. SPIE, 1996. vol. 2720, Smart Structures and Materials 1996: Passive Damping and Isolation. pp. 259-269. doi: 10.1117/12.239093.
  4. Hollkamp J. J. Multimodal passive vibration suppression with piezoelectric materials and resonant shunts // Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1996. vol. 5, no. 1. pp. 49-57. doi: 10.1177/1045389X9400500106.
  5. Wu S. Y. Method for multiple mode shunt damping of structural vibration using a single PZT transducer // Proc. SPIE, 1998. vol. 3327, Smart Structures and Materials 1998: Passive Damping and Isolation. pp. 159-168. doi: 10.1117/12.310680.
  6. Wu S. Y. Multiple PZT transducers implemented with multiple-mode piezoelectric shunting for passive vibration damping // Proc. SPIE, 1999. vol. 3672, Smart Structures and Materials 1999: Passive Damping and Isolation. pp. 112-122. doi: 10.1117/12.349774.
  7. Wu S. Y., Bicos A. S. Structural vibration damping experiments using improved piezoelectric shunts // Proc. SPIE, 1997. vol. 3045, Smart Structures and Materials 1997: Passive Damping and Isolation. pp. 40-50. doi: 10.1117/12.274217.
  8. Behrens S., Moheimani S. O. R. Current flowing multiple mode piezoelectric shunt dampener // Proc. SPIE, 2002. vol. 4697, Smart Structures and Materials 2002: Damping and Isolation. pp. 117-127. doi: 10.1117/12.472658.
  9. Behrens S., Moheimani S. O. R., Fleming A. J. Multiple mode passive piezoelectric shunt dampener / Proc. IFAC Mechatronics (Berkeley, CA, Dec. 2002), 2002.
  10. Fleming A. J., Moheimani S. O. R. Adaptive piezoelectric shunt damping // Smart Materials and Structures, 2003. vol. 12, no. 1. pp. 36-48. doi: 10.1088/0964-1726/12/1/305.
  11. Behrens S., Moheimani S. O. R. Optimal resistive elements for multiple mode shunt damping of a piezoelectric laminate beam / Proceedings of the 39th IEEE Conference on Decision and Control. vol. 4, 2000. pp. 4018-4023. doi: 10.1109/CDC.2000.912343.
  12. Tai-Hong Cheng, Il-Kwon Oh A current-flowing electromagnetic shunt damper for multimode vibration control of cantilever beams // Smart Materials and Structures, 2009. vol. 18, no. 9, 095036. doi: 10.1088/0964-1726/18/9/095036.
  13. Vidoli S., dell'Isola F. Vibration control in plates by uniformly distributed PZT actuators interconnected via electric networks // European Journal of Mechanics - A/Solids, 2001. vol. 20, no. 3. pp. 435-456. doi: 10.1016/S0997-7538(01)01144-5.
  14. Porfiri M., dell'Isola F., Mascioli F. M. Circuit analog of a beam and its application to multimodal vibration damping, using piezoelectric transducers // International Journal of Circuit Theory and Applications, 2004. vol. 32, no. 4. pp. 167-198. doi: 10.1002/cta.273.
  15. dell'Isola F., Henneke E. G., Porfiri M. Piezoelectromechanical structures: new trends towards the multimodal passive vibration control // Proc. SPIE, 2003. vol. 5052, Smart Structures and Materials 2003: Damping and Isolation. pp. 392-402. doi: 10.1117/12.483803.
  16. Maurini C., dell'Isola F., Del Vescovo D. Comparison of piezoelectronic networks acting as distributed vibration absorbers // Mechanical Systems and Signal Processing, 2004. vol. 18, no. 5. pp. 1243-1271. doi: 10.1016/S0888-3270(03)00082-7.
  17. Giorgio I., Culla A., Del Vescovo D. Multimode vibration control using several piezoelectric transducers shunted with a multiterminal network // Arch. Appl. Mech, 2009. vol. 79, no. pp. 859-879. doi: 10.1007/s00419-008-0258-x.
  18. Viana F. A. C., Steffen V., Jr. Multimodal Vibration Damping through Piezoelectric Patches and Optimal Resonant Shunt Circuits // J. Braz. Soc. Mech. Sci. & Eng., 2006. vol. 28, no. 3. pp. 293-310. doi: 10.1590/S1678-58782006000300007.
  19. Casadei F., Ruzenne M., Dozio L., Cunefare K. A. Broadband vibration control through periodic arrays of resonant shunts: experimental investigation on plates // Smart Materials and Structures, 2010. vol. 19, no. 1, 015002. doi: 10.1088/0964-1726/19/1/015002.
  20. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987. 542 с.
  21. Партон В. З., Кудрявцев Б. А. Электромагнитоупругость пьезоэлектрических и электропроводных тел. М.: Наука, 1988. 471 с.
  22. Карнаухов В. Г., Киричок И. Ф. Электротермовязкоупругость. Киев: Наук. думка, 1988. 319 с.
  23. Матвеенко В. П., Клигман Е. П., Юрлова Н. А., Юрлов М. А. Моделирование и оптимизация динамических характеристик smart-структур с пьезоматериалами // Физическая мезомеханика, 2012. Т. 15, № 1. С. 75-85.
  24. Matveenko V. P., Yurlov M. A., Yurlova N. A. Optimization of the damping properties electro-viscoelastic objects with external electric circuits / Mechanics of Advanced Materials: Analysis of Properties and Performance; eds. V. V. Silberschmidt, V. P. Matveenko. Switzerland: Springer International Publishing, 2015. pp. 79-100. doi: 10.1007/978-3-319-17118-0_4.
  25. Sevodina N. V., Yurlova N. A., Oshmarin D. A. The optimal placement of the piezoelectric element in a structure based on the solution of the problem of natural vibrations // Solid State Phenomena, 2016. vol. 243. pp. 67-74. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/ssp.243.67' target='_blank'>www.scientific.net/ssp.243.67.
  26. Иванов А. С., Матвеенко В. П., Ошмарин Д. А., Севодина Н. В., Юрлов М. А., Юрлова Н. А. Обоснование использования эквивалентных схем замещения для оптимизации диссипативных свойств электроупругих тел с внешними электрическими цепями // Изв. РАН. МТТ, 2016. № 3. С. 273-283.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2016 Samara State Technical University

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».