Control of thermally induced vibrations of rotating beams by using piezoelectric materials
Piezoelektrik malzemeler kullanılarak dönen kirişlerdeki ısıl kaynaklı titreşimlerin kontrolü
- Tez No: 787192
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET SUNAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 150
Özet
Bu tezde, piezoelectric malzemeler kullanılarak dönel izotropik ve kompozit kirişlerdeki ısıl kaynaklı titreşimlerin kontrolü çalışılmıştır. İlk olarak, bir tarafında izole edilmiş ve diğer tarafında çeşitli ısı akılarına maruz kalan sabit, tek boyutlu, sınırlandırılmış izotropik katının ısıl kaynaklı titreşimleri, seri tabanlı bir teorik yaklaşımla incelenmiştir. İletimle ısı transferi yoluyla elde edilen genel sıcaklık denklemi, sonuç olarak katı içinde üretilen ısı kaynaklı moment ve ısıl kaynaklı titreşimler için denklemleri türetmek için kullanılır. Isı kaynaklı moment ve ısıl kaynaklı titreşimler için elde edilen denklemler geneldir ve çeşitli ısı akıları için de kullanılabilir. Bu çalışmada üç adet ısı akısı kullanılmıştır. Bunlar sırasıyla, basamak, rampa ve sinüsoidal ısı akılarıdır. Bu üç tip ısı akısından kaynaklanan ısıl kaynaklı titreşimleri analiz etmek için basit destekli ve anakstre sınır koşullarına sahip ince alüminyum kiriş kullanılır. Teorik olarak elde edilen sonuçları karşılaştırmak için sonlu elemanlar yöntemi de kulanılmıştır. Sabit ya da dönmeyen ince izotropik kirişler için ısıl olarak indüklenen titreşimlerin kontrolü, daha sonra yan yana yerleştrilmiş piezolektrik sensör/itki çifti ile sağlanır. Kontrol yöntemi olarak lineer kuadratik regülatör (LQR) kullanılmıştır. Yukarıda bahsedilen üç tip ısı akısı, basit destekli ve ankastre sınır koşulları içn de uygulanır ve sonuçta oluşan titreşimler LQR yöntemiyle efektif olarak kotnrol edilir. Termal ısı akılarına maruz kalan dönel kirişlerin modellenmesi, LQR yaklaşımı dışında uygun bir kontrol teorisi gerektiren doğrusal olmayan denklemlere yol açar ve bu nedenle durum bağlı Ricatti denklemi tabanlı kayna kipli kontrolcü (SDRE tabanlı SMC) bu çalışmada kullanılır. Bu kontrol teorisi, dönen ince kirişlerin ısıl kaynaklı titreşimlerini azaltmak için piezoelektrik sensör/itki çifti ile etkin bir şekilde kulanılır. Yukarıda belirtilen aynı sınır koşullarına sahip ince kompozit kirişlerin ısıl kaynaklı titreşimleri, yine yukarıda belirtilen üç tip ısı akısı etkisi altında incelenmiştir. Burada klasik tabaka teorisi (CLT), ince kompozit kirişlerin ısıl kaynıklı titreşim davranışını modellemek için kompozit levha denklemleriyle birlikte kullanılır. Sonuçlar, ince kompozit kirişler için ısıl kaynaklı titreşimlerin davranışını götermek için verilmiştir. Piezoseramik sensör/itki ile monte edilen sabit ve dönel ince kopozit kirişler için ısıl kaynaklı titeşimlerin kontrolü sırasıyla LQR ve SDRE tabanlı SMC teorileri kullanılarak uygulanmıştır. Hem zaman hemde frekans düzlemindeki eğilme titreşim çalışmaları, bu kontrol yöntemlerinin ısıl kaynaklı titreşimlerin kontrolünde piezolelektrik malzemeler ile birlikte başarılı olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Control of thermally induced vibrations of rotating isotropic and composite beams by using piezoelectric materials is studied in this thesis. First, thermally-induced vibrations of a stationary one-dimensional, bounded isotropic solid insulated on one side and subjected to various types of heat fluxes on the other side are studied by a series-based theoretical approach. The general temperature equation obtained via conduction heat transfer is used to derive equations for the thermal moment and thermally-induced vibrations, which are generated within the solid as a result. The resulting equations for the thermal moment and thermally-induced vibrations are general and can be applied to different types of heat fluxes. Three types of heat fluxes are used, namely constant, ramp and sinusoidal types. A thin aluminum beam with Simply-Supported (SS) and Cantilever (C) end conditions is used to analyze the thermally-induced vibrations resulting from these three types of heat fluxes. Finite element results are also obtained for the thermally-induced vibrations of the isotropic beam in order to compare them with the theoretical ones. Control of thermally induced vibrations for stationary or nonrotating thin isotropic beams is then carried out via the collocated piezoelectric sensor/actuator pair. The Linear Quadratic Regulator (LQR) effectively works as the control scheme. The above-mentioned 3 heat flux inputs, in so-called Cases 1 to 3, are applied to both the SS and C beams and the resulting vibrations are controlled in an effective manner by the LQR scheme. Modelling of rotating beams subjected to thermal heat fluxes lead to non-linear governing equations that require a suitable control theory other than the LQR approach and hence, the State Dependent Ricatti Equation (SDRE)-Based Sliding Mode Control (SMC) is employed in this case. This control theory is effectively utilized with the piezoelectric sensor/actuator pair to attenuate thermally induced vibrations of rotating thin beams. Thermally induced vibrations of thin composite beams with the same SS and C boundary conditions are studied next for the 3 types of heat fluxes belonging to Cases 1 to 3. Here, the well-known Classical Lamination Theory (CLT) is used together with the composite laminate equations to model the thermally-induced vibrational behavior of thin composite beams. Results are reported to demonstrate the presence of thermally-induced vibrations for the thin composite beams. Control of thermally induced vibrations for the stationary and rotating thin composite beams mounted with the piezoceramic sensor/actuator is finally considered using the LQR and SDRE-Based SMC theories, respectively. Studies of lateral vibrations both in time and frequency domains indicate succesful applications of these control schemes with the piezoelectric materials in the control of thermally induced vibrations.
Benzer Tezler
- Thermally-induced vibrations for thin structures subject to various thermal/structural boundary conditions
Termal/yapısal çeşitli sınır koşullarına bağlı ince yapılar için ısıdan kaynaklı titreşimler
FATMA FEYZA GÜNGÖR
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SUNAR
- Ultrahigh resolution optical spectroscopy of liquid microdroplets using tapered optical fiber waveguides
Süperhidrofobik yüzey üzerinde duran sıvı mikrodamlaların inceltilmiş optik fiber ile ultrayüksek çözünürlükte optik spekstroskopisi
YASİN KARADAĞ
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER KİRAZ
- Metal infiltre edilmiş mikro poroz karbon kompozitlerin aşınma ve sürtünme davranışının karakterizasyonu
Başlık çevirisi yok
GÜLTEKİN GÖLLER
Doktora
Türkçe
1997
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN TEKİN
- Dirsekli ve vanalı boru hatlarında akış kaynaklı titreşimlerin spektral ve gürültü analizi
The Spectral and noise analysis of flow induced vibrations in pipeline having valve andlar elbows
KENAN YAKUT
Doktora
Türkçe
1996
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. TEOMAN AYHAN
- Kuantum ölçek etkileri altında termoelektrik ve termoölçek potansiyeller
Başlık çevirisi yok
SEVAN KARABETOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI OSMAN ALTUĞ ŞİŞMAN