Novel techniques for electromechanical modeling of straight/curved panels integrated with multiple piezoelectric patches
Başlık çevirisi mevcut değil.
- Tez No: 667573
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
İki boyutlu ince plakalar birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, piezoelektrik yamalar ile entegre edilmiş ince plakaların titreşimi incelenecektir. Bu tür elektromekanik sistemlerin dinamiklerini analiz etmek, piezoelektrik elemanlar ile panel arasındaki bağlantıyı doğru bir şekilde dikkate alan hassas modelleme araçlarını gerektirir. İlk olarak, titreşim azaltmada daha yüksek performans elde etmek için ayrı ayrı olarak bağlanmış piezoelektrik yamalar için bir metodoloji ve bir formülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen model, piezoelektrik yamaların kütle ve sertlik katsayısının yanı sıra elektromekanik bağlantı etkisini de içerir. Ayrı ayrı bağlanmış piezoelektrik yamaların, geniş bir frekans aralığı için toptan bağlı olanlara göre daha etkili olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar, ayrı ayrı bağlanmış devrelerin etkisini göstermek için deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Ek olarak, spektral Tchebychev (ST) tekniği kullanılarak yüzeye entegre piezo-yamalar ile ince ve / veya orta derecede kalın plakaların dinamiklerini tahmin etmek için daha etkili bir elektromekanik model geliştirilmiştir. Bu yöntemin, mekanik yapıların dinamiklerinin doğru ve verimli bir şekilde tahmin edilmesini sağlayan üstün kararlılık özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir. Sınır değeri problemi, Mindlin plaka teorisi kullanılarak enerji temelli bir yaklaşımla elde edilir. Nokta kuvvet uyarımı altında sistemin titreşim tepkisini ve elektriksel çıktısını içeren elektromekanik frekans tepki fonksiyonları (FRF'ler), ST modeli kullanılarak elde edilir. Vaka çalışmaları, geliştirilen yöntemin hesaplama verimliliğinin, FE simülasyonlarından önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermektedir. Son olarak, birden çok sayıda piezo yamalar ile entegre edilmiş kavisli panellerin dinamiklerini tahmin etmek için elektromekanik bir model geliştirilmiştir. Çift kavisli bir panel ve piezo-yama yapısının elektro-elastik dinamik davranışını yöneten sınır değeri problemi, birinci dereceden kayma deformasyonu (FSDT) teorisini takiben türetilmiştir. Spektral Tchebychev yaklaşımı, sistem dinamiklerini sayısal olarak çözmek ve voltaj/mekanik yer değiştirme frekans yanıt fonksiyonlarını (FRF'ler) elde etmek için kullanılır. Ayrıca, enerji hasadı uygulamasında daha yüksek voltaj değerleri elde etmek için mod atlama olgusunun etkisi araştırılmıştır. Gelecekteki çalışmalarda, bu tezde geliştirilen yeni modeller, hasat edilen enerjiyi optimize etmek ve titreşim kontrol performansını iyileştirmek için düz / kavisli elektro-mekanik sistemler için kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
Two-dimensional thin plates are widely used in many applications. This thesis will investigate vibration of these thin plates integrated with piezoelectric patches. Analyzing the dynamics of such electromechanical systems requires precise modeling tools that properly consider the coupling between the piezoelectric elements and the host structure. At first, a methodology and a formulation for separately shunted piezoelectric patches for achieving higher performance on vibration attenuation is developed. The developed model includes mass and stiffness contribution of the piezoelectric patches as well as the electromechanical coupling effect. It was shown that separately shunted piezoelectric patches are more effective compared to the connected ones for a wide range of frequencies. The results are validated with experimental studies to demonstrate the effect of the separately shunted circuits. In addition, a superior electromechanical model for predicting the dynamics of thin and/or moderately thick plates with surface-integrated piezo-patches is developed using spectral Tchebychev (ST) technique. This method has been shown to have the exponential convergence and superior stability characteristics, enabling prediction of the dynamics of mechanical structures accurately and efficiently. The boundary value problem is derived through an energy based approach using Mindlin plate theory. The electromechanical frequency response functions (FRFs) including the vibration response and electrical output of the system under a transverse point force excitation are obtained using the ST model. The case studies demonstrate that the computational efficiency of the developed method is significantly higher than that of FE simulations. Finally, an electromechanical model for predicting the dynamics of curved panels with multiple surface-integrated piezo-patches is developed. The boundary value problem governing the electro-elastic dynamic behavior of a (doubly-) curved panel and piezo-patch structure is derived following the first order shear deformation (FSDT) theory. Spectral Tchebychev approach is used to numerically solve the system dynamics and obtain voltage and mechanical frequency response functions (FRFs). Furthermore, the effect of mode jumping phenomenon is investigated to achieve higher voltage values in the application of energy harvesting. For future studies, the novel models developed in this thesis can be used for straight/curved electro-mechanical systems for optimizing the harvested energy and improving the vibration control performance.
Benzer Tezler
- Developing advanced techniques on modeling and system identification of piezoelectric energy harvesting systems
Piezoelektrik enerji toplama sisteminin modelleme ve sistem tanımlama konusunda gelişmiş teknikler geliştirme
SEYEDMORTEZA HOSEYNI
Doktora
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Arc-based modeling, condition monitoring and failure detection of on-load tap-changers
Yük altında kademe değiştiricilerin ark tabanlı modellenmesi, durum izlenmesi ve arıza tespiti
BEHNAM FEIZIFAR
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER USTA
- Mechanical characterization of silicon nanowires
Silisyum nanotellerin mekanik nitelendirilmesi
EVREN FATİH ARKAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. B. ERDEM ALACA
- Novel data drıven-based fault detectıon for electromechanıcal and process control systems
Elektromekanik ve proses kontrol sistemleri için yeni veriye-dayalı hata tespiti
ALKAN ALKAYA
Doktora
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLYAS EKER
- Yüzey plazmon resonansına dayalı yeni bir algılayıcı geliştirilmesi
Development of a novel Sensor based on surface plasmon resonance
BURAK TÜRKER
Doktora
Türkçe
2013
BiyoteknolojiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LALE ÖZYILMAZ
YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA