کنترل ارتعاشات پوسته ها با مواد پیزوالکتریک

سازه های هوشمند سازه هایی هستند که تحریکات اعمال شده از داخل یا خارج را حس کرده و اندازه گیری می کنند و با توجه به الگوریتم مناسب، پاسخ مناسبی میدهند. مهمترین کاربرد سازه هوشمند در صنایع ساختمان سازی و پل سازی، هوافضا و مکانیک است. باید توجه داشت که سازه هوشمند متفاوت از مواد هوشمند است. مواد هوشمند به طور طبیعی دارای خاصیت هوشمندی هستند در حالیکه سازه هوشمند سیستمی مرکب از سازه ای میزبان، بکار اندازنده ها و حسگرهای ساخته شده از مواد هوشمند و یک یا چند ریز پردازنده دیجیتال است تا حلقه کنترل پس خور را بر روی سیستم ببندد. از جمله پارامترهای مهمی که در طراحی وتحلیل یک سازه باید مدنظر قرار گیرد کنترل ارتعاشات سازه است. در گذشته برای کنترل ارتعاشات از سیستم انفعالی مانند جرم-فنر-میراگر استفاده می شد. این روش دارای محدودیت هایی از جمله دامنه ارتعاش، فرکانس مبنای ارتعاش، عدم سازگاری با تغییرات محیطی در هنگام ارتعاشات، وابستگی به خواص ساختاری و هندسی سازه، میرایی ارتعاشات به صورت بالا و وزن بالای سیستم غیر فعال می باشد. در روش های جدید، سیستم های کنترل و مواد هوشمند برای میرایی ارتعاشات به کار برده شده است. به این ترتیب که پاسخ سازه بوسیله سنسور اندازه گیری می شود و پس از انجام بررسی های لازم توسط کنترلر پیام ها به محرک ارسال می شودو در نهایت منجر به استهلاک انرژی می شود. از میان مواد هوشمند، مواد پیزوالکتریک به علت حجم کم، وزن ناچیز، پهنای باند بزرگ و آسانی نصب وتوانایی بالا در کاهش ارتعاشات، تبدیل آسان انرژی الکتریکی به مکانیکی و بالعکس، اهمیت بیشتری پیدا کرده است. بعضی مواقع فاصله ای بین پیزو الکتریک وسازه ایجاد می شود. در این نواحی، جا به جایی، نیرو و تنش تغییر می کند و روی کنترل ارتعاشات نیز تاثیر می گذارد استفاده از مواد پیزوالکتریک در کنترل تغییر شکل و کنترل ارتعاشات در حال افزایش است. همچنین این مواد توانایی برای بهبود ویژگی های خود ازجمله مدول یانگ، میرایی و نیروی داخلی را دارند. هدف کلی در این پژوهش بررسی کنترل فعال ارتعاشات سازه با مواد پیزوالکتریک است. به این صورت که با نوشتن روابط انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی و کار مجازی، ماتریس جرمی وسختی المان بدست خواهد آمد وسپس پوسته در دنیای مجازی مطلب مدلسازی می شود و نشان داده می شود آیا یک سازه کنترل نشده تحت آزمایش دینامیکی با مدل پیزوالکتریک زودتر میرا می شود یا نه. در این پژوهش از روش کنترل پس خور سرعت وهم چنین کنترلر pid (تناسبی - انتگرالی - مشتقی ) برای میرایی نوسانات استفاده شده است.