Optimization of dynamic behaviour of advanced active structures

doctoral thesis

• Title (croatian): Optimizacija dinamičkoga ponašanja naprednih aktivnih konstrukcija
• Author: Damjan Čakmak
• Mentor: Neven Alujević (mentor)
• Committee member: Marko Jokić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Neven Alujević (član povjerenstva)
• Committee member: Hinko Wolf (član povjerenstva)
• Committee member: Željan Lozina (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2020-01-30, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 621 - Mechanical engineering. Nuclear technology. Machinery

Abstract

The subject of this research is the improvement of the dynamic behaviour of
structures using passive and active approaches to vibration control by using inerters. Inerter is
a relatively new element in the theory of mechanical networks. It is a mechanical device that
generates force proportional to the relative acceleration between its terminals. The use of
inerters is still relatively unexplored and offers many new possibilities of reducing unwanted
vibration effects, which is of particular importance in the resonant working conditions of the
structure. In the first part of the thesis, passive linear dynamic systems are considered. In the
second part, the passive systems are enhanced by the active control. Stability analysis of the
active systems is performed. In addition to the parameters that ensure stable operation of the
system, the optimization of vibration behaviour of active structures is carried out. The main
optimization criterion used is the minimization of the specific kinetic energy of system
vibration in a broad frequency band. Throughout the work, analytical and numerical methods
are combined, depending on the complexity of the considered system. The achieved results
are compared through discussion on the usefulness of the active control and inerter
implementation, depending on the system considered. The motivation for the work are
synergistic effects regarding the utilization of inerters in parallel with active control systems.
The result of the research is a development of new methods for passive and active vibration
control. Furthermore, it is shown that employing the inerter in isolation systems can yield
with substantial improvements in fatigue life of isolator coupling components, i.e. springs.
Novel cylindrical helical spring stress and displacement correction factors are proposed.

Abstract (croatian)

Tema istraživanja vezana je uz poboljšanje dinamičkog ponašanja konstrukcija
koristeći pasivni i aktivni pristup redukciji vibracija uz uporabu inertera. Inerter je relativno
novi element u teoriji mehaničkih mreža. Radi se o mehaničkom uređaju koji generira silu
proporcionalnu relativnom ubrzanju između svojih priključnih točaka. Upotreba inertera je još
relativno neistraženo područje koje pruža mnoge nove mogućnosti smanjenja neželjenih
efekata vibracija, što je od osobite važnosti u rezonantnom području rada uređaja. U prvom
dijelu istraživanja razmatrani su pasivni linearni dinamički sustavi koji su potom unaprijeđeni
aktivnim pristupom s povratnim vezama. Provedena je analiza stabilnosti. Uz parametre koji
osiguravaju stabilan rad sustava, provedena je optimizacija vibracijskog ponašanja aktivnih
konstrukcija. Glavni korišteni kriterij optimizacije je minimizacija specifične kinetičke
energije vibracija sustava u širokom pojasu frekvencija. U radu su korištene analitičke i
numeričke metode te njihova kombinacija, ovisno o kompleksnosti razmatranog sustava.
Postignuti rezultati su međusobno uspoređeni uz diskusiju o nužnosti implementacije
automatske regulacije i inertera ovisno o razmatranom sustavu. Motivacija za rad su
sinergijski efekti koji proizlaze iz upotrebe inertera u sprezi s automatskom regulacijom.
Rezultat istraživanja je razvoj novih metoda za automatsku regulaciju vibracija. Nadalje,
pokazano je da korištenje inertera u izolacijskim sustavima može rezultirati značajnim
poboljšanjima vijeka trajanja dijelova izolatora, t.j. opruga. Predloženi su novi korekcijski
faktori za naprezanje i pomak cilindrične zavojne opruge.

• Keywords: vibration isolation; inerter; active vibration control; direct velocity feedback; stability of active control systems; optimization of vibration control systems; fatigue life; helical spring; finite element method; h2 optimization; stress correction factor; displacement correction factor
• Keywords (croatian): izolacija vibracija; inerter; aktivna kontrola vibracija; povratna veza po brzini vibracija; stabilnost aktivnih sustava; optimizacija dinamičkih sustava; zamor; zavojna opruga; metoda konačnih elemenata; H2 optimizacija; korekcijski faktor naprezanja; korekcijski faktor pomaka
• Language: english
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:044764
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-02-21 09:27:58