PROJEKT WSPÓ£FINANSOWANY PRZEZ UNIÊ EUROPEJSK¥ ZE ŒRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO

INNOWACYJNA GOSPODARKANARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŒCI

UNIA EUROPEJSKAEUROPEJSKI FUNDUSZ

ROZWOJU REGIONALNEGO

Materia³y inteligentne - oraz bazuj¹ce na nich systemy zespolone (ang. smart embedded systems) do zastosowania w lotnictwie

Nowoczesne technologie materia³owe stosowane w przemyœle lotniczym

SPOTKANIE PANELI EKSPERTÓW28-29 Czerwca 2010 ZB 14

Projekt kluczowy

Instytut Podstawowych Problemów Techniki Polskiej Akademii Nauk, Instytut Maszyn Przep³ywowych Polskiej Akademii NaukInstytut Techniczny Wojsk Lotniczych, Instytut Lotnictwa w Warszawie, Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska, Politechnika Warszawska

Wyniki badañ

WskaŸniki realizacji celów projektu cz.1

Referaty

Publikacje

Prace mgr, dr, hab.

·Samborski S., Sadowski T.: Badanie statycznej i dynamicznej odpornoœci na kruche pêkanie tworzyw ceramicznych o zró¿nicowanej porowatoœci, V Miêdzynarodowe Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materia³ów i Konstrukcji, Augustów, 3-6 czerwca 2009

·Bocheñski M., Warmiñski J., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of nonlinear composite beam vibrations by various control algorithms application. 10th Conference on Dynamical Systems – Theory and Applications, £ódŸ, 7-10 grudnia 2009, pp. 161-168.

·Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiñski J., Bocheñski M., Filipek P.: T³umienie drgañ piezoelektrycznych materia³ów kompozytowych. IX Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napêdzie Elektrycznym "SENE 2009", £ódŸ, 18-20 XI 2009.

·Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiñski J., Bocheñski M.: Characteristics and Implementation of Piezoelectric Structures in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 179.

·Filipek P., Augustyniak M., Bocheñski M.: Control of active piezoelectric beam system applying DSP-based controler in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 180.

·Jarzyna W., Charlak M., Augustyniak M.: Studies of Piezoelectric Composites Applied to Active Flow Control of the Wind Turbine. International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering, 1-3 October, 2009. Rousse, Bulgaria.

·̄ak A., Ostachowicz W.: An algorithm to model SMA behaviour by the finite element method. IV European Conference on Computational Mechanics, 16-21 maj, Pary¿, Francja.

·Murawski L., Ostachowicz W.: Optimization of marine propulsion system's alignment for aged ships. Proc. 18th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009, 18–21 May 2009, Zielona Góra, Poland, str. 73–74.

·Krawczuk M., Kudela P., Murawski L., Ostachowicz W., ¯ak A.: Elastic wave propagation software – Visualization methods, Proc. 18th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009, 18–21 May 2009, Zielona Góra, Poland, str. 255–256.

·Warmiñski J., Bocheñski M., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of nonlinear composite beam vibrations by selected control algorithms. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010, doi:10.1016/j.cnsns.2010.04.055 (in print)

·Warmiñski J.: Nonlinear Normal Modes of a Self-Excited System Driven by Parametric and External Excitations. Nonlinear Dynamics, 2010, doi:10.1007/s11071-010-9679-5, (in print).

·Kudela P., Ostachowicz W., ¯ak A.: Sensor triangulation for damage localisation in composite plates. Key Engineering Materials, 413–414, str. 55–62, 2009.

Prace magisterskie obronione:

·Marcin Zawadzki: Kompensacja odkszta³ceñ mechanicznych przy pomocy przetworników piezoelektrycznych. Promotor: dr in¿. Piotr Filipek

Prace in¿ynierskie planowane

·Zofia Szmit: Badanie drgañ w³asnych p³yt cienkich - metody eksperymentalne i analiza numeryczna MES. Promotor: dr in¿. Jaros³aw Latalski, planowany termin obrony: lipiec 2010

·Michalina Szymanek: Badania eksperymentalne drgañ w³asnych warstwowych p³yt kompozytowych. Promotor: dr in¿. Jaros³aw Latalski, planowany termin obrony: lipiec 2010

Prace magisterskie planowane·£ukasz Sad³owski: Elektroniczny uk³ad zasilania dla piezoelektryków aktywnych.

Promotor: dr in¿. Piotr Filipek, planowany termin obrony: lipiec 2010

1. Wyznaczanie odpornoœci kompozytów na delaminacjê

Przeprowadzono badania doœwiadczalne wyznaczaj¹ce odpornoœæ na delaminacjê kompozytów laminatowych o spoiwie polimerowym. Spodziewanym Ÿród³em delaminacji s¹ elementy aktywne (piezoelektryczne lub inne), celowo wprowadzone pomiêdzy warstwy laminatu. Wykonano seriê próbek z predefiniowanym systemem rozwarstwieñ. P³yty wykonano w PZL Œwidnik S.A. w dwu wersjach:! z w³óknami szklanymi (rys. 1a),! z w³óknami wêglowymi (rys. 1b).

Aktualnie wyznaczane s¹ charakterystyki sztywnoœciowe wytworzonych kompozytów, poprzez zginanie próbek belkowych. W ich wyniku opracowano skalarn¹ miarê delaminacji próbek kompozytowych, czyli liniowy parametr rozwarstwienia (r):

Podczas badañ korzystano z szybkiej kamery w celu wyznaczenia ugiêæ i obserwacji ewentualnej propagacji rozwarstwienia (Rys. 2).

Przyk³ady wspó³pracy z przemys³em lotniczym

Regularnie odbywaj¹ siê spotkania robocze z pracownikami PZL Œwidnik SA w celu uzgodnienia kierunków badañ. Wspó³praca dotyczy: ·technologii wytwarzania kompozytowych struktur lotniczych — zorganizowano m.in.

d³ugoterminowe sta¿e przemys³owe, wykonano wstêpn¹ partiê szerokiej gamy próbek kompozytowych do dalszych badañ,

·konstrukcji œmig³owca — prowadzone s¹ intensywne prace nad zastosowaniem aktywnego trymera do modelu ³opaty wirnika noœnego

Ad. 1·Liniowy parametr rozwarstwienia r pozwala okreœliæ wp³yw delaminacji na charakterystyki

sztywnoœciowe i wytrzyma³oœciowe elementów kompozytowych

Ad. 2·Kontrolery NSC i PPF s¹ bardzo wra¿liwe na zmianê warunków dzia³ania uk³adu,

szczególnie na zmianê czêstoœci wymuszenia. ·Kontrolery te umo¿liwiaj¹ jednak bardzo skuteczn¹ redukcjê drgañ w pobli¿u rezonansu,

dla którego s¹ dostrajane

Ad. 3·Zastosowanie kontrolerów nieliniowych do sterowanie kszta³tem ³opaty daje istotnie

lepsze rezultaty ni¿ stosowanie regulatorów PID·Efektywne zastosowanie filtrów rezonansowych jest mo¿liwe tylko przy pe³nej znajomoœci

charakterystyki obiektu sterowania

Wnioski

Rys.2. Stanowisko badawcze z szybk¹ kamer¹

2. Studium wykorzystania elementów aktywnych do sterowania op³ywem strugi powietrza wokó³ ³opat wirników

Sformu³owano za³o¿enia do opracowania uk³adu piezoelektrycznego aktywnie t³umi¹cego drgania ³opat wirników. Wykazano, ¿e zastosowanie elementów aktywnych umo¿liwia zmianê kszta³tu ³opaty wirnikowej. Poprzez dobór odpowiedniego kontrolera mo¿na ograniczyæ drgania ³opat wymuszanych strug¹ op³ywaj¹cego powietrza.

Rys.3. Sterowanie sztywnoœci¹ giêtn¹ (a) oraz kszta³tem i sztywnoœci¹ skrêtn¹ (b) ³opaty wirnikowej

Rys.1. Badane p³yty kompozytowe wykonane przez PZL Œwidnik

3. Redukcja drgañ konstrukcji z zastosowaniem elementów aktywnych

Zbudowano model analityczny kontrolera nasyceniowego (NSC), w oparciu o który przeprowadzono identyfikacjê wp³ywu poszczególnych parametrów uk³adu na jego pracê. Badano wp³yw wzmocnieñ pêtli sprzê¿eñ zwrotnych, amplitudy oraz czêstoœci wymuszenia a tak¿e wartoœci wspó³czynnika t³umienia w uk³adzie elektrycznym (Rys. 4).

Przeprowadzono równie¿ badania numeryczne kontrolerów nasyceniowego i PPF, które potwierdzi³y wyniki uzyskane na drodze analitycznej. Porównano oba kontrolery pod wzglêdem skutecznoœci dzia³ania i wp³ywu zmiany warunków otoczenia na skutecznoœæ t³umienia drgañ uk³adu (Rys. 5).

Rys.4. Wp³yw amplitudy wymuszenia na pracê kontrolera dla ró¿nych czêstoœci wymuszenia

Rys.5. Zachowanie siê kontrolerów NSC i PPF przy ró¿nych czêstoœciach wymuszenia

a=n

i

L

br

1S

Wnioski

Rys.6. Przyk³ady wizualizacji zjawiska propagacji fal sprê¿ystych

W ramach realizacji zadañ badawczych przez Instytut Maszyn Przep³ywowych PAN opracowano

Za³o¿ono, ¿e kompozytowe elementy p³ytowe i pow³okowe mog¹ byæ modelowane i reprezentowane przy pomocy pewnej liczby p³ytowych (p³askich) lub pow³okowych (zakrzywionych) elementów skoñczonych.Program EWP_3.2 zosta³ przystosowany do obliczeñ propagacji fal sprê¿ystych w trójwymiarowych konstrukcjach kompozytowych (laminowanych). Jednak¿e dowolna czêœæ analizowanej konstrukcji mo¿e byæ wykonana z materia³u izotropowego. Czêœci konstrukcji wykonane z materia³u kompozytowego mog¹ siê sk³adaæ z od 1 (dolna granica) do 20 (górna granica) warstw materia³u.

Aktualnie program wzbogacany jest równie¿ o mo¿liwoœci modelowania sprzê¿enia piezoelektrycznego. Dziêki temu bêdzie mo¿na modelowaæ konstrukcje z wbudowanymi przetwornikami piezoelektrycznymi do generacji i rejestracji fal sprê¿ystych.

program EWP_3.2 s³u¿¹cy do analizy propagacji fal sprê¿ystych w z³o¿onych trójwymiarowych konstrukcjach kompozytowych (laminowanych) sk³adaj¹cych siê z kompozytowych elementów p³ytowych lub kompozytowych elementów pow³okowych.

Otrzymane wyniki wskazuj¹, ¿e opracowane oprogramowanie jest skuteczne przy analizie skomplikowanego zjawiska propagacji fal sprê¿ystych w elementach konstrukcji.Poznanie natury zjawiska propagacji fal pozwala na opracowanie efektywnych system zespolonych przeznaczonych do monitorowania stanu technicznego konstrukcji lotniczych.

Wyniki badañ

Rys.7. G³ówne okno programu

Rys.8. Sygna³ zarejestrowany w k¹towniku - wynik symulacji

Rys.11. Widok geometrii modelu o kszta³cie siod³a

Rys.9. Funkcje kszta³tu

Rys.10. Modelowanie p³yty z elementem piezoelektrycznym przyklejonym do