Численное прогнозирование передаточных коэффициентов связи между напряжениями и моментами, возникающими в конструкции с пьезоактуаторами

Авторы

Шайдурова Г. И.^*, Писарев П. В.^**, Баяндин С. Р.^***

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, ПНИПУ, Комсомольский проспект, 29, Пермь, 614990, Россия

*e-mail: sgi615@iskra.perm.ru
**e-mail: pisarev85@live.ru
***e-mail: srbajandin@pstu.ru

Аннотация

В рамках настоящей работы проведено численное исследование динамического поведения конструкции, оснащенной изгибным пьезоактуатором. Разработана математическая модель с кусочно-постоянными функциями для расчета собственных частот и форм колебаний конструкции с пьезоактуатором. Описан метод расчета коэффициентов связи между электрическими напряжениями на пьезоактуаторе и вынуждающей силой для снижения амплитуды колебаний конструкции на резонансных режимах. Проведена верификация разработанной математической модели на образцах, оснащенных пьезоактуаторами. Относительная погрешность вычисления коэффициентов связи между аналитическим и численным решением не превышает 5%, что указывает на достаточную точность. По результатам численных расчетов амплитудно-частотных характеристик образцов при вычисленных значениях коэффициентов связи достигнуто существенное снижение амплитуды колебаний на первой резонансной частоте.

Ключевые слова:

пьезоэлектрический актуатор; модальный анализ; амплитудно-частотные характеристики; демпфирование колебаний; метод конечных элементов

Список источников

1. Chong T.P., Joseph P.F., Gruber M. Airfoil self noise reduction by non-flat plate type trailing edge serrations // Applied Acoustics. – 2013. – Vol. 74(4). – P. 607–613.
2. Gruber M. Airfoil noise reduction by edge treatments: Doctoral thesis. – Southampton, 2012.
3. Chong T.P., Joseph P.F. An experimental study of airfoil instability tonal noise with trailing edge serrations // Journal of Sound and Vibration. – 2013. – Vol. 332. – No. 24. – P. 6335–6358.
4. Reduction of wind turbine noise using optimized airfoils and trailing edge serrations / Oerlemans S., Fisher M., Maeder T., Kögler K. // AIAA Journal. – 2009. – Vol. 47. – No. 6. – P. 1470–1481.
5. Кузнецов В.М. Основы теории шума турбулентных струй. – М.: Физматлит, 2008. – 240 с.
6. Instability wave control in turbulent jet by acoustical and plasma actuators / Kopiev V.F., Belyaev I.V., Faranosov G.A., Kopiev V.A., Ostrikov N.N., Zaytsev M.Yu., Akishev Yu.S., Grushin M.E., Trushkin N.I., Bityurin V.A., Klimov A.I., Moralev I.A., Kossyi I.A., Berezhetskaya N.K., Taktakishvili M.I. // Progress in Flight Physics. – 2015. – No. 7. – P. 211–228.
7. Active noise control in jets from conical and contoured supersonic nozzles with plasma actuators / Kim J.-H., Kearney-Fischer M., Samimy M., Gogineni S. // AIAA Paper. – 2009. – № 3187. – P. 1–15.
8. Управление шумом струи с помощью плазменных актуаторов диэлектрического барьерного разряда / В.Ф. Копьев, В.А. Битюрин, И.В. Беляев и др. // Акустический журнал. – 2012. – Т. 58, № 4. – С. 473–481.
9. Instability wave control in turbulent jet by plasma actuators / Kopiev V.F., Akishev Y.S., Belyaev I.V., Berezhetskaya N.K., Bityurin V.A., Faranosov G.A., Grushin M.E., Klimov A.I., Kopiev V.A., Kossyi I.A., Moralev I.A., Ostrikov N.N., Taktakishvili M.I., Trushkin N.I., Zaytsev M.Yu. // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2014. – Vol. 47. – P. 1–18.
10. Zoppellari E., Juve D. Reduction of hot supersonic jet noise by water injection // AIAA Paper. – 1998. – Vol. 2204. – P. 35–45.
11. Krothapalli A., Greska B., Arakeri V. High speed jet noise reduction using microjets // AIAA Paper. – 2002. – Vol. 2450. – P. 1–11.
12. Greska B., Krothapalli A. The near-field effects of microjet injection // AIAA Paper. – 2005. – № 3046. – P. 1–17.
13. Jet noise reduction by impinging microjets: an aerodynamic investigation testing microjet parameters / Castelain T., Sunyach M., Juve D., Bera J.-C. // AIAA Paper. – 2007. – № 3419. – P. 1–15.
14. Zaman K.B.M.Q., Podboy G.G. Effect of microjet injection on supersonic jet noise // AIAA Paper. – 2010. – № 4022. – P. 1–20.
15. Губанов Д.А. Влияние микроструй на структуру и акустическое излучение сверхзвуковой недорасширенной струи: дис. … канд. физ.-мат. наук. – Новосибирск, 2014. – 140 с.
16. Управление шумом обтекания цилиндра с помощью плазменных актуаторов высокочастотного диэлектрического барьерного разряда / В.Ф. Копьев, И.В. Беляев, М.Ю. Зайцев, П.Н. Казанский, В.А. Копьев, И.А. Моралёв // Акустический журнал. – 2015. – Т. 61. – № 2. – С. 196–198.
17. Integrated optimization design of smart morphing wing for accurate shape control / X. Gu, K. Yang, M. Wu, Ya. Zhang, Ji. Zhu, W. Zhang // Chinese Journal of Aeronautics. – 2021. – Vol. 34(1). – P. 135–147.
18. Gomez J.C., Garcia E. Morphing unmanned aerial vehicles // Smart Materials and Structures. – 2011. – Vol. 20(10). – 103001.
19. Sharma K., Srinivas G. Flying smart: Smart materials used in aviation industry // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 27(1). – P. 244–250.
20. Recent developments of polymer-based skins for morphing wing applications / D. Ahmad, M.S. Parancheerivilakkathil, A. Kumar, M. Goswami, R.M. Ajaj, K. Patra, M. Jawaid, K. Volokh, Y. Zweiri // Polymer Testing. – 2024. – Vol. 135. – 108463.
21. Писарев П.В., Баяндин С.Р. Исследование динамического поведения сегмента SMART лопасти беспилотного летательного аппарата с изменяемой геометрией // Научно-технический вестник Поволжья. – 2023. – № 12. – С. 103–106.
22. Шевцов С.Н., Акопьян В.А., Панич А.А., Паринов И.А., Самощенко И.Г. Оптимизация системы пьезоактуаторного гашения вибраций композитной лопасти вертолета // Нано- и микросистемная техника. – 2011. – № 6 (131). – С. 2 9.

Скачать статью