In this paper the authors address the problem of comparing two different smart damping techniques using the numerical modelling of the electro-mechanical impedance for plate structures partially treated with active constrained layer damping treatments. The paper summarizes the modelling procedures including a finite element formulation capable of accounting for the observed behaviour. The example used is a smart cantilever plate structure containing a viscoelastic material (VEM) layer sandwiched between a piezoelectric constrained layer and the host vibrating plate. Comparisons are made between active constrained layer and active damping only and based on the resonance frequency amplitudes of the electrical admittance numerically evaluated at the surface of the piezoelectric model of the vibrating structure.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.54-64
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2006
To augment weakly damped lag mode stability of a hingeless helicopter rotor blade in hover, piezoelectric shunt with a resistor and an inductor circuits for passive damping has been studied. A shunted piezoceramics bonded to a flexure of rotor blade converts mechanical strain energy to electrical charge energy which is dissipated through the resistor in the R-L series shunt circuit. Because the fundamental lag mode frequency of a soft-in-plane hingeless helicopter rotor blade is generally about 0.7/rev, the design frequency of the blade system with flexure sets to be so. Experimentally, the measured lag mode frequency is 0.7227/rev under the short circuit condition. Therefore the suppression mode of this passive damping vibration absorber is adjusted to 0.7227/rev. As a result of damping enhancement using passive control, the passive damper which consists of a piezoelectric material and shunt circuits has a stabilizing effect on inherently weakly damped lag mode of the rotor blades, at the optimum tuning and resistor condition.
This paper discusses the application of piezoelectric sensors used for evaluation of damping ratio of PVC plastics. The development of the mathematical formulation based on the Empirical Mode Decomposition for calculating the damping coefficient and natural frequency of the system is presented. A systematic experimental and analytical investigation was also carried out to demonstrate the integrity of several methods commonly used to evaluate the damping of materials based on a single degree freedom formulation. The influence of the sensors' location was also investigated. Besides the commonly used methods, a newly emerging time-frequency method, namely the Empirical Mode decomposition, is also employed. Mathematical formulations based on the Hilbert-Huang formulation, and a frequency spacing technique were also developed for establishing the natural frequency and damping ratio based on the output voltage of a single piezoelectric sensor. An experimental investigation was also conducted and the results were compared and verified with Finite Element Analysis (FEA), revealing good agreement.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.1032-1038
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2002
The Active Constrained Layer Damping(ACLO) combines the simplicity and reliability of passive damping with the low weight and high efficiency of active control to attain high damping characteristics. The proposed ACLD treatment consists of a viscoelastic damping which is sandwiched between an active piezoelectric layer and a host structure. In this manner, the smart ACLD consists of a Passive Constrained Layer Damping(PCLD) which is augmented with an active control in response to the structural vibrations. The Arc type shell model is introduced to describe the interactions between the vibrating host structure, piezoelectric actuator and visco damping, The system is modeled by applying ARMAX model and changing a state-space form through the system identification method. An optimum control law for piezo actuator is obtain by LQR(Linear Quadratic Regulator) Method. The performance of ACLD system is determined and compared with PCLD in order to demonstrate the effectiveness of the ACLD treatment, Also, the actuation capability of a piezo actuator is examined experimentally by using various thickness of Viscoelastic Materials(VEM).
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.1089-1094
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2003
A main vibration source in HDD is arisen from high rotating disk/spindle, and vibration suppression of the disk-spindle system becomes a critical issue and a major concern for high performance of the drive. In this paper, we study the feasibility of suppressing unwanted vibration of disk-spindle system of the HDD by external shock and excitation utilizing piezoelectric shunt damping methodology. By considering dynamic characteristics of the disk-spindle system through modal analysis, a target vibration mode is determined and then the piezoelectric material is carefully integrated to the modified drive. In order to maximize improvement of vibration characteristics of the proposed system, shunt circuit is optimally designed via tuning processes. Finally, the vibration characteristics of the high rotating disk-spindle system of the proposed drive is experimentally evaluated in frequency domain.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1120-1125
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2001
A new concept of piezoelectric smart panels for noise reduction in wide band frequencies is proposed and their possibility is experimentally investigated. Multi-mode damping is studied by using a newly proposed tuning method. The proposed panels are based on passive shunt damping methods. This method is based on electrical impedance model and maximizing the dissipated energy at the shunt circuit. four PZT are attached on smart panel for improving performance of transmission noise reduction. 0 prove the concept of piezoelectric smart panels, an acoustic measurement experiment was performed. The smart panels exhibit a good noise reduction in middle and high frequency ranges due to the mass effects of absorbing materials or/and the air gap. The use of piezoelectric smart panel renders noise reduction at resonance frequency. Noise reduction at multiple resonance frequencies is experimentally investigaed.
Piezoelectricity is defined as the ability of certain materials to produce electric signals when mechanically stressed or to deform when an electrical potential is applied. Piezo technology is becoming increasingly crucial as intelligent devices use vibration sensors to detect vibrations in consumer electronics, the automotive industry, architectural design, and other applications. A wide range of applications is now possible with piezoelectric sensors, such as skin-attachable devices that monitor health and detect diseases. In this article, copper nanoparticles are used in the piezoelectric sensor as the driving agent of the magnetic field. Magnetic nanocatalysts containing copper nanoparticles are used due to their cheapness and availability. Considering that the increase of the electric field acting on the piezoelectric increases the damping (As a result, damping materials reduce radiation noise and increase material transfer losses by altering the natural vibration frequency of the vibrating surface). Among the advantages of this method are depreciating a significant amount of input energy using high energy absorption capacity and controlling slight vibrations in the sensors.
The possibility of a broadband noise reduction of piezoelectric smart panels is experimentally studied. Piezoelectric smart panel is basically a plate structure on which piezoelectric patch with shunt circuits is mounted and sound absorbing material is bonded on the surface of the structure. Sound absorbing materials can absorb the sound transmitted at mid frequency region effectively while the use of piezoelectric shunt damping can reduce the transmission at resonance frequencies of the panel structure. To be able to tune the piezoelectric shunt circuit, the measured electrical impedance model is adopted. Resonant shunt circuit composed of register and inductor in stories is considered and the circuit parameters are determined based on maximizing the dissipated energy through the circuit. The transmitted noise reduction performance of smart panels is investigated using an acoustic tunnel. The tunnel is a square crosses sectional tunnel and a loud speaker is mounted at one side of the tunnel as a sound source. Panels are mounted in the middle of the tunnel and the transmitted sound pressure across the panels is measured. Noise reduction performance of a double smart panel possessing absorbing material and air gap shows a good result at mid frequency region except the first resonance frequency. By enabling the piezoelectric shunt damping, noise reduction is achieved at the resonance frequency as well. Piezoelectric smart panels incorporating passive method and piezoelectric shunt damping are a promising technology for noise reduction in a broadband frequency.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.10
s.181
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pp.2502-2512
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2000
Truss structures are widely used in many space structures, such as large antenna systems, space stations, precision segmented telescopes because they are light in weight and amenable in assembly or deployment. But, due to the low damping capacity, they remain excited for a long time once disturbed. These structural vibrations can reduce life of the structures and cause unstable dynamic characteristics. In this research, vibration suppression experiment has carried out with a three-dimensional 15-member truss structure using two piezoelectric actuators. Piezoelectric actuators which consist of stacks of thin piezoelectric material disks are directly inserted to the truss structure collocated with the strain sensors. Each actuator is controlled digitally in decentralized manner, based on local integral and proportional feedback. The optimal positions of the actuators are determined by the modal damping ratio and the control force. Numerical simulation has carried out to determine optimal position of each actuator.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.501-517
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2016
Synchronized switch damping (SSD) is a structural vibration control technique in which a piezoelectric patch attached to or embedded into the structure is connected to or disconnected from the shunt circuit in order to dissipate the vibration energy of the host structure. The switching process is performed by a digital signal processor (DSP) which detects the displacement extrema and generates a command to operate the switch in synchronous with the structure motion. Recently, autonomous SSD techniques have emerged in which the work of DSP is taken up by a low pass filter, thus making the whole system autonomous or self-powered. The control performance of the previous autonomous SSD techniques heavily relied on the electrical quality factor of the shunt circuit which limited their damping performance. Thus in order to reduce the influence of the electrical quality factor on the damping performance, a new autonomous SSD technique is proposed in this paper in which a negative capacitor is used along with the inductor in the shunt circuit. Only a negative capacitor could also be used instead of inductor but it caused saturation of negative capacitor in the absence of an inductor due to high current generated during the switching process. The presence of inductor in the shunt circuit of negative capacitor limits the amount of current supplied by the negative capacitance, thus improving the damping performance. In order to judge the control performance of proposed autonomous SSDNCI, a comparison is made between the autonomous SSDI, autonomous SSDNC and autonomous SSDNCI techniques for the control of an aluminum cantilever beam subjected to both single mode and multimode excitation. A value of negative capacitance slightly greater than the piezoelectric patch capacitance gave the optimum damping results. Experiment results confirmed the effectiveness of the proposed autonomous SSDNCI technique as compared to the previous techniques. Some limitations and drawbacks of the proposed technique are also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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