A numerical and experimental approach to implement active vibration control for complex structures: A demonstration on a vehicle
Nümerik ve deneysel yöntemlerle karmaşık paneller üzerinde aktif titreşim kontrolü uygulaması: Araç seviyesinde gösterimi
- Tez No: 442459
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Günümüzde müşterilerin daha konforlu ve sessiz araçlar talep etmeleri, otomotiv üreticilerini titreşim, gürültü ve sertlik (NVH) karakteristiğini iyileştirmek adına yeni modellerde ileri teknolojilere yönelmelerini sağlamıştır. Buna ek olarak otomotiv üreticileri, gereken NVH karakteristiğini sağlarken, pazarda rekabetçi konumda bulunabilmek adına ağırlık hedeflerinden de sapmamaları gerekmektedir. Kütle-damper mekanizması, sönümleme pedleri ve ağır akustik paketler gibi geleneksel pasif uygulamaların aksine, düşük ağırlığa sahip piezoelektrik yamalar kolaylıkla araç paneline entegre edilip dış tahriklerden dolayı meydana gelen titreşimleri aktif yöntemlerle sönümleyebilmektedir. Literatürdeki aktif titreşim kontrolü (AVC) çalışmaları genelde basit geometriye ve elverişli sınır koşullarına sahip panellerde gerçekleştirilmiştir. Fakat gerçek hayatta yapılar, literatürdeki basit plaka ve kirişlere kıyasla oldukça karmaşık geometrilere sahiptir. Ayrıca sınır koşulları da önceden belirlenmiş şekilde elverişli değildir. Bu tezde nümerik ve deneysel çalışmalar birleştirilerek elde edilen aktif titreşim kontolü yöntemiyle, karmaşık sistemler üzerindeki istenmeyen titreşimlerin önlenmesi sağlanmaktadır. Bu tez kapsamında ilk olarak, geliştirilen yöntem karmaşık geometriye sahip, zorlu sınır koşulları ve geometrik kısıtları olan temsili araç düzeneğinde laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Aktif titreşim kontrolünde kullanılacak sensör/aktüatör çiftlerinin karmaşık yapı üzerindeki ideal lokasyonları, doğrulanmış sonlu elemanlar modeli (FEM) kullanılarak nümerik olarak belirlenmiştir. İdeal olan konumlandırma gerçekleştikten sonra, kontrolcü parametrelerinin (damping ve gain) değerleri deneysel tasarım (DOE) tekniği kullanılarak farklı seviyelerde denenmiş ve ideal kontrolcü parametreleri bulunmuştur. Dizayn parametreleri ile kontrolcü perfromansı arasındaki ilişki Cevap Yüzeyi Yöntemi (RSM) yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmadaki titreşim sönümleme performansı iki kriter üzerinden değerlendirilmiştir: hedef frekanstaki titreşim genliği indirgemesi ve geniş frekans bandında enerji azaltımı. Yukarıdaki kriterler temel alınarak tek amaçlı (single objective) ve çok amaçlı (multi-objective) optimizasyonlar gerçekleştirilmiştir. Son olarak, karmaşık geometriye sahip düzenekte elde edilen çıktılar ve yapılan çalışmalar, araç seyir halindeyken gerekecek ekstra donanımlar ve güç kısıtlamaları üzerine çalışılarak gerçek araç seviyesinde genişletilmiştir. Bu bölümdeki deneylerin sonuçlarına göre, geliştirilen aktif titreşim kontrolü yönteminin karmaşık sistemler üzerindeki istenmeyen titreşimleri etkili bir biçimde indirgeyebildikleri saptanmıştır. Ayrıca, bu tezde sunulan yöntemin uzay ve gemi endüstrisi gibi diğer disiplinlere de uygun olduğu düşünülmektedir.
Özet (Çeviri)
In recent years, customer requirements for comfortable and quieter vehicles have inspired the automotive manufacturers to introduce new technologies to improve the noise, vibration and harshness (NVH) characteristic for new models. Moreover, the automotive manufacturers need to stay within the weight limits to be competitive in the market while achieving required NVH performance. As an alternative to conventional passive treatments such as mass-damper mechanisms, damping layers and heavy acoustic packages, low weight piezoelectric patches can be easily integrated to vehicle panels to reduce vibrations due to external disturbances actively Active vibration control (AVC) implementations in the literature are mostly focused on simple geometries with properly defined boundary conditions. However, in real life applications, the structures are much more complex than simple plate and beams. Furthermore, the boundary conditions are not usually well-defined. In this thesis, an active vibration control methodology is developed which incorporates numerical and experimental studies in a structured framework to reduce undesired vibrations of complex systems. In this thesis, first, the developed methodology is demonstrated on a representative vehicle model in the laboratory environment considering the complex shape, boundary conditions and geometric constraints. Optimum location for the sensor/actuator pair is determined numerically by using a validated finite element model (FEM) of the complex structure. Once the optimum location is determined, the controller parameters (e.g. damping and gain) are varied based on Design of Experiments (DOE) technique to search for the optimum parameter configuration in the design space. All the DOE configurations are performed experimentally to include the hardware and controller limitations in the analysis. Response Surface Methodology (RSM) technique is utilized for identifying the relationship between the design parameters and the controller performance. The vibration suppression performance is evaluated based on two control metrics, the amplitude reduction at the targeted frequency and broadband energy reduction. Single and multi-objective optimization case studies are performed using the above metrics. Finally, the same approach is extended to a real vehicle with hardware modifications due to power constraints in the operating condition. It was observed that the developed active vibration methodology can be applied effectively to complex systems to reduce the undesired vibrations. Moreover, the methods presented in this thesis can be implemented to other areas such as aerospace and marine applications.
Benzer Tezler
- Gecikmeli rezonatör yöntemine yeni bir yaklaşım
A new approach to delayed resonator vibration absorbers
OYTUN ERİŞ
Doktora
Türkçe
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALMAN KURTULAN
- Deprem etkisindeki yapıların aktif kontrolü
Active control of structures under seismic excitation
BEKİR BORA GÖZÜKIZIL
- Active vibration control of flexible panels using piezoelectric actuators- IIR filtering based adaptive approaches and an industrial demonstration
Esnek panellerin PZT yamalar aracılığı ile aktif titreşim kontrolü- sonsuz dürtü cevaplı (IIR) filtre tabanlı adaptif yaklaşımlar ve bir endüstriyel çözüm
UTKU BOZ
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Femtosaniye lazer ile işlenen yapıların katıhal lazerlerde uygulamaları ve üst çevrim pompalı Tm3+:KY3F10 lazerleri
Solid-state laser applications of femtosecond laser written structures and upconversion pumped Tm3+:KY3F10 lasers
YAĞIZ MOROVA
Doktora
Türkçe
2021
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEDA AKSOY ESİNOĞLU
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU
- Bulanık çok modlu kaynak kısıtlı proje çizelgeleme problemlerinin çözümü için matematiksel bir model
A mathematical model for the solution of the fuzzy multi mode resource-constrained project scheduling problems
ÖMER ATLI
Doktora
Türkçe
2012
Endüstri ve Endüstri MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KAHRAMAN