Parametric investigation of a piezoelectric tuned dynamic vibration absorber
Piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim sönümleyicinin parametrik incelenmesi
- Tez No: 863516
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OSMAN TAHA ŞEN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 79
Özet
Dinamik titreşim sönümleyicileri, birincil ana sisteme ikincil alt system olarak bağlanan ana sistemden titreşimin etkilerini önlemeye yarayan pasif cihazlardır. Bu fikir birçok araştırmacı tarafından iyi bilinmekle beraber aynı zamanda birçok araştırmacı tarafından kanıtlanmıştır. Ormondroyd ve Den Hartog 1928 yılında bu fikiri ilk kez ortaya atan kişiler olmuşlardır. Ormondroyd ve Den Hartog'un ortaya atmış olduğu bu fikir klasik dinamik titreşim sönümleyicinin temelini hazırlamıştır. Burada temel mantık; titreşime maruz kalan sistemi ya da yapıyı bir serbestlik derecesine sahip kütle yay ve amörtisör sistemi gibi düşündüğümüzde, sisteme dışarıdan etki eden kuvvetin frekansının sistemin doğal frekansı ile çakışması durumunda ortaya çıkan resonans olayının etkilerini minimize etmektir. Bunun için sisteme ekstra eklenen kütle, yay ve sönüm elemanın ana sisteme etki eden mekanik titreşim enerjisinin bir kısmını kendine aktarırak ana sistemdeki titreşim enerjisini düşürmektir. Bu işlemi yaparken ikincil sistemin parametreleri çok dikkatli seçilmelidir. Doğru seçilmediği durumlarda“overtuned”ya da“undertuned”durumları ile karşılabilinir. Bu durumlarda birincil ana sistemdeki resonans durumundaki titreşim enerjisi düşüm miktarı değişebilmektedir. Klasik dinamik titreşim emicilerde sisteme ekstradan bir adet kütle eklendiğinden dolayı sistemin serbestlik derecesi bir adetden iki adete çıkmaktadır. Bu aynı zamanda iki adet yeni resonans frekansı oluştuğu anlamına gelmektedir. Bu frekanslardan biri birincil ana yapının doğal frekansı iken diğeri de sisteme sonradan eklenen ikincil kütlenin doğal frekansına karşılık gelmektedir. Bu iki adet frekans değerlerine de dikkat edilmelidir. Aksi halde, klasik titreşim emici görevini yerine getirmeyebilir. Günümüzde dinamik titreşim emicileri ile alakalı farklı çalışmalarda bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak magnetoreolojikal sıvılı elastomerler, hafızaya sahip metal alaşımları ya da piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim emicileri verilebilir. Günümüzde kullanılan dinamik titreşim sönümleyicileri genel olarak klasik dinamik sönümleyicilerinde bulunmayan ayar özelliğinin gidermek için kullanılmaktadır. Bu günümüzde kullanılan üç tipteki ayarlanabilen dinamik titreşim sönümleyicileri pasif titreşim sönümleyicileri olup, genellikle bir elektriksel devre ile şönt edilerek kullanılmaktadır. Bu çalışmada spesifik olarak piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim emicileri ele alınmıştır. Piezoelektrik ayarlı titreşim emicilerde klasik olandan farklı olarak birincil ana system ile ikincil sistem kütlesi arasına piezoelektrik bir sensor veya aktüatör eklenmiştir. Bu çalışmada piezoelektrik bir sensör veya aktüatör kullanılmasının nedeni piezoelektrik malzemelerin iki yönlü çalışma prensibini kullanmaktır. Bu prensip oldukça basittir. Piezoelektrik malzemeler üzerilerine herhangi bir mekanik stress uygulandığında bu mekanik enerjiyi kendi doğaları gereği elektriksel enerjiye çevirip kendi içlerinde depolama özelliğine sahiptir. Bu çalışmada piezoelekrik malzemelerin bu özelliğinden faydalanılmıştır. Ayrıca piezoelektrik malzemelere herhangi bir elektriksel enerji uygulandığında bu enerjiyi mekaniksel strain enerjisine dönüştürerek mekanik aktüatör olarak da kullanabilmektedirler. Klasik dinamik titreşim sönümleyici modeli piezoelektrik dönüştürücü eklenerek genişletilmiştir. Bu sayede elektromekanik bir sistem modeli kurulmuştur. Bu kurulan elektromekanik model bir adet titreşime maruz kalan ana birincil sistem kütlesinden, titreşime maruz kalan sistemin mekanik sertlik veren elemandan, disipatif bir sönüm elemanından ve son olarak ikincil sistemin kütlesi ve piezoelektrik dönüştürücü veya aktüatörden oluşmaktadır. Aynı zamanda, bu çalışmanın temel amacı, önerilen piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim sönümleyicinin titreşim sönümleme performansı üzerinde sistem parametrelerinin etkilerini araştırmaktır. Bu çalışmada elde edilen model doğrusal olan elastik ve enerji tüketen bir yol aracılığıyla ortak zemine bağlanan birincil ana bir yapıdan oluşmaktadır. İkincil sistem ise, piezoelektrik dönüştürücü vasıtasıyla doğrudan birincil ana yapıya bağlanmaktadır. Oluşturulan bu modelde piezoelektrik dönüştürücünün mekanik sertliği ve sönümleme karakteristiği de dikkate alınmıştır. Bu nedenle, piezoelektrik dönüştürücü aktif değilken, sistem klasik dinamik titreşim sönümleyicisi gibi davranır. İlk olarak klasik ve dışarıdan bir devreyle bağlanan piezoelektrik sistemler için geçerli çoklu fizik denklemleri elde edilir. Bu elde edilen çoklu fizik denklemleri 3 serbestlik derecesine sahip sistemin matematiksel modellemesi sonucunda elde edilmiştir. Bu üç serbestlik derecesi; ana birincil sistemden, ikincil sistemden ve bu iki sistem ile piezoelektrik dönüştürücü veya aktüatör arasındaki elektromekanik ilişkiden meydana gelmektedir. Elde edilen denklemler numerik olarak çözülür. Ortaya çıkan sonuçlar hem zaman hem de frekans tabanında incelenmiş olup ve her iki systemin dinamik tepkileri arasındaki farklar gözlenmlenmiştir. Frekans tabanında ortaya çıkan sonuçlar, sonuçların dahada anlaşılabilir kılınması için frekans tepki fonksiyonu cinsinden elde edilmiştir. Elde edilen bu frekans tepki fonksiyonları frekansa göre çizilerek ilgili grafikler elde edilmiştir. Grafiklerde frekans tepki fonksiyonu olarak“accelerance”frekans tepki fonksiyonu baz alınmıştır. Ayrıca elde edilen grafiklerin daha anlamlı olması açısından frekans tepki fonksiyonu desibel cinsinden hesaplanarak grafiğe yansıtılmıştır. Yapılan bu inceleme esas olarak birincil yapının titreşim hareketi üzerine yürütülmektedir. Birincil yapının resonans durumundaki oluşabilecek kırıcı etkilerin piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim emicileri kullanarak ne kadar oranda bertaraf edildiği gözlemlenmiştir. Ayrıca piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim sönümleyici sisteminin serbestlik derecesi üç olduğundan dolayı ortaya çıkan diğer titreşim modlarındaki değişim de bu çalışmada irdelenmiştir. Bu değişimler çizdirilen grafikler üzerinden gösterilmiştir. İkinci olarak şönt devre üzerindeki elektriksel direnç ve endüktans katsayıları belirli aralıklarla değiştirilerek bu elemanların ayarlı dinamik titreşim sönümleyicinin titreşim sönümleme performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu şönt devre parametrelerinin en efektif ve optimum çalıştığı noktaları bulabilmek adına bu parametreler“root locus”analizi ile incelenmiştir. Bu analiz yapılırken piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim sönümleyicisinin frekans tepki fonksiyonlarının“pole”ile“zero”parametreleri elde edilmiş olunup, daha sonra bu parametrelerden faydalanarak şönt devre içinde bulunan elektriksel direnç ve elektriksel endüktans için“root locus”analizi yapılmıştır. Ortaya çıkan yapının“pole”parametresinin gerçek ve gerçek olmayan değerleri kompleks analiz düzleminde çizdirilmiştir. Bu elde edilen sonuçlar şönt elektrilsel devre elemanlarının birincil ana sistem üzerinde nasıl bir etkisinin olduğunu konusu ortaya çıkarılmıştır. Ayrıca birincil ana sistem, klasik dinamik titreşim emici ve piezoelektrik ayarlı dinamik titreşim emicinin etkilerinin sonuçları kıyaslanmış olup ve yorumlanmıştır. Sonuç olarak, birincil sisteme etki eden maksimum titreşim sönümlemesini sağlayacak sistem parametreleri elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Dynamic vibration absorbers, which are attached as secondary subsystems on primary systems, are passive devices that are used to suppress the vibrations of primary systems. The idea is well-known and proven by many researchers, and it was first introduced by Ormondroyd and Den Hartog in 1928. Nowadays, the different versions of dynamic vibration absorbers are developed. In this study, piezoelectric tuned dynamic vibration absorbers which are one of these versions of dynamic vibration absorbers are investigated. The classical dynamic vibration absorber model is extended with an attachment of a piezoelectric transducer. Hence an electromechanical system model is developed. Furthermore, the chief objective of this study is to investigate the effects of system parameters on the vibration absorption performance of the proposed piezoelectric tuned dynamic vibration absorber. Especially, effects of resistance and inductance on system are determined. The model developed in this study consists of a primary structure attached to common ground via a linear elastic and dissipative path. The secondary system is directly attached on the primary structure through the piezoelectric transducer with the external shunt circuit. Though, the mechanical stiffness and damping characteristics of the piezoelectric transducer are also considered. Hence, when the effect of piezoelectric transducer is off, the system behaves like a classical dynamic vibration absorber. First, the governing multi-physics equations are obtained and numerically solved for both classical and shunted systems. The results are investigated in both time and frequency domains, and the differences between the dynamic responses of both systems are observed. The investigation is conveyed mainly on the vibratory motion of the primary structure. Second, the coefficients of the electrical resistance and inductance on the shunt circuit are altered at given interval, and the effect of these element on vibration absorption performance of the tuned dynamic vibration absorber is investigated. In conclusion, the system parameters that leads to a maximum vibration attenuation on the primary system are obtained.
Benzer Tezler
- Vibrational energy harvesting with piezoelectric patches integrated on plate structures
Piezoelektrik malzemeler ile plaka yapıların titreşimlerinden elektrik enerjisi üretimi
MUSTAFA UĞUR ARIDOĞAN
Doktora
İngilizce
2014
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK BAŞDOĞAN
- Wankel motoru ve çevrim atlatma sisteminin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the Wankel engine and skip cycle system
ÖMER CİHAN
Doktora
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OSMAN AKIN KUTLAR
- Bir kanal içerisine yerleştirilmiş üçgen engel dizilerinin ısı transferine etkisinin parametrik incelenmesi
Parametric investigation of the effect on heat transfer of triangular obstacle arrays in a channel
MELİKE YÜKSELTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiAksaray ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜNAL AKDAĞ
- A parametric investigation of tip injection for active tip vortex control
Aktif kanat ucu girdabı kontrolü için sağlanan kanat ucu enjeksiyonunun parametrik olarak incelenmesi
RIZA CAN DEDEKARGINOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. OĞUZ UZOL
- Parametric investigation of the seismic response of structures with triple friction pendulum isolators
Üçlü sürtünmeli sarkaç sistemli yapıların deprem yükleri altında davranışının parametrik olarak incelenmesi
ABDULAZIZ MAZED
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Kültür Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN YAZICI