Riassunto analitico
In questa tesi di dottorato è stata accuratamente studiata la dinamica non-lineare di gusci le piastre attraverso tecniche sperimentali, in particolare il comportamento dinamico delle strutture a parete sottile è stato investigato e diversi algoritmi sono stati testati per ridurre le vibrazioni delle strutture attraverso l’applicazione di tecniche di controllo attivo. Il setup per i tests è stato costruito ad hoc per investigare, su un guscio circolare cilindrico, la dinamica lineare e i comportamenti dinamici non lineari associati ad un effetto combinato di compressione statica e di un carico assiale periodico per diverse combinazioni di carichi; inoltre interessanti fenomeni non lineari sono stati osservati vicino a una delle risonanze e sono presentati per le diverse combinazioni di parametri. Nello studio il controllo attivo di vibrazioni di una piastra rettangolare è indagato sperimentalmente. La configurazione ad hoc è costituita da un pannello composito di fibra di carbonio con nucleo a nido d’ape sottoposto a un disturbo ortogonale, per mezzo di uno shaker posto sul retro della struttura e controllato da una serie di attuatori e sensori di Macro Fibra Composita (MFC) . La MFC si compone di un fascio fibre piezoceramiche rettangolari inglobate in una matrice epossidica e dotati di elettrodi interdigitati. Se si applica un voltaggio agli attuatori piezoelettrici si può piegare o distorcere materiali, contrastare le vibrazioni o generarle. Se non viene applicata alcuna tensione il dispositivo può funzionare come un estensimetro molto sensibile, rilevando deformazioni e vibrazioni. Gli attuatori e i sensori in MFC sono controllati da un dSPACE® Controller board, un controllore ad architettura programmabile che supporta le strategie di progettazione basate su modelli. Gli algoritmi del controllore e la progettazione interna dei componenti software e hardware si sono avvantaggiati di strumenti come MATLAB / Simulink di MathWorks® e la scheda di controllo di dSPACE® . Per la verifica su un prototipo reale, i modelli di controllo sono stati integrati nel sistema di prototipazione dSPACE® : compilando , sintetizzando e copiando il codice nel realtime core del processore integrato del controller. Gli algoritmi di controllo concepiti si basano sulle tecniche di feedforward e di Positive Position Feedback (PPF) e sono state applicate con successo con diverse combinazioni di ingressi/uscite (Single Input Single Output, MultiSISO, Multi Input Multi Output) per controllare i primi quattro modi in un intervallo di 100 Hz. Il controllo si è dimostrato robusto ed efficiente nel ridurre i livelli di vibrazioni in campo lineare e non-lineare (controllo MIMO PPF) , nonostante la struttura in esame presenti una elevata densità modale, quattro risonanze in un intervallo di circa 100 Hz, e permette di controllare efficacemente ogni risonanza singolarmente o contemporaneamente.
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Abstract
In this doctoral thesis the nonlinear dynamics of shells and plates has been in deep studied by means of experimental techniques, in particular the dynamic behaviour of thin walled structures is experimental investigated and different algorithms has been tested to actively control the structures vibrations. An ad hoc setup of the experiment has been built up in order to investigate, on a circular cylindrical shell, the linear and the nonlinear dynamic behaviours associated with a combined effect of compressive static and a periodic axial load for different combinations of loads; moreover interesting nonlinear phenomena has been observed close to one of the resonances and are presented for the different parametric combinations. In the study an Active Vibration Control of a rectangular plate is experimentally investigated. The ad hoc setup consists of a carbon fibre honeycomb core panel subjected to an orthogonal disturbance, due to a shaker located on the back of the frame, and controlled by a Macro Fibre Composite (MFC) actuator and sensor. The MFC consists of rectangular piezoceramic rods sand- wiched between layers of adhesive, electrodes and polyimide film. If voltage is applied it will bend or distort materials, counteract vibrations, or generate vibrations.
If no voltage is applied it can work as a very sensitive strain gauge, sensing deformations, noise and vibrations. The MFC actuator and sensor are controlled by a dSPACE® Controller board, a programmable controller system architecture that supports model-based design strategies. The controller algorithms and the internal design of software and hardware components took advantages of tools such as MATLAB/Simulink from MathWorks® and controller board from dSPACE® . For verification in the real environment, the controller models has been integrated into dSPACE® prototyping system: compiling, synthesising and placing the code in the realtime embedded processor core of the controller. The designed control algorithms is based on the feedforward and Positive Position Feedback (PPF) technique and they were successfully applied with different combination of inputs/outputs (Single Input Single Output, MultiSISO, Multi Input Multi Output) to control the first fourth modes in a range of 100 Hz. The control appears robust and efficient in reducing vibration levels in linear and nonlinear field (MIMO PPF control), although the structure under investigation exhibits a high modal density, four resonances in a range of about 100Hz, and allows to effectively control each resonance individually or simultaneously.
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