background image

                             

                             

Andrzej 

Tylikowski
      

Warsaw University of 

Technology

The 9-th International Congress

on 

SOUND AND VIBRATION

          

July 8-11, 2002, Orlando, FL.

Dynamics of 

Dynamics of 

Delaminated Elements 

Delaminated Elements 

 of  Smart  Structures

 of  Smart  Structures

background image

Outline

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

Motivations
Previous results
Effects of piezoactuator delamination
     Problem formulation
     Dynamic equations of a beam with piezoactuators
     Steady state vibrations excited by piezoactuators
     Results
Delamination in  rotating shaft with thermoactive fibers
     Problem formulation
     Shape memeory alloys
     Stability analysis
     Results

background image

Assumptions

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

Linearity

Edge delamination of constant width

Delamination reduces effective 
      bending stiffness

Damping included

 

background image

Previous Studies

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

 

  

Study on the steady state vibrations of beams with delaminations

     (1988)    Mujumdar,  Suryanarayan 

  Influence of actuator delamination on vibration control  

    (1992)  Sung Jin Kim,  Jones J. D.  

  Delamination in composite rotors (1997) Wettergren H. L. 

  Flexural vibrations of rotating shafts with delaminations

    (2002) Tylikowski A.

background image

Constitutive Equations 

of Piezoelectricity 

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

}

{

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

}

{

15

15

33

31

31

T

66

44

44

33

13

13

13

11

12

13

12

11

d

d

d

d

d

d

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

s

ij

ij

background image

Actuator Delaminations

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

Delamination

x

1

x

3

l

PZT

beam

x

2

1          2       3              4

Delamination

x

1

x

3

l

beam

x

2

1            2    3      4         5

x

4

One sided

Two sided

PZT

background image

Delamination Effects

Delamination

x

1

x

3

l

PZT

beam

x

2

1          2       3              4

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

background image

Delamination Effects

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

background image

Delamination Effects

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

background image

Hybrid Rotating Shaft

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

background image

Hybrid Shaft Configuration

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

background image

Stability Definition

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

,.)

(

,.)

(

t

w

w

0

0

0

0

Liapunov stability

0

,.)

(

lim

t

w

t

Liapunov asymptotic stability

background image

SMA Properties

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

background image

Shaft Dynamics Equations

0

)

2

(

2

2

2

2

0

)

(

2

2

2

0

)

(

2

2

,

2

2

2

22

,

22

,

66

12

,

11

,

22

,

12

,

2

,

,

,

22

,

22

,

66

,

66

12

,

2

,

,

,

12

,

66

12

,

66

,

11

,

,

yy

yyyy

xxyy

xxxx

y

x

e

t

t

tt

y

yy

xx

xy

e

t

t

tt

x

xy

yy

xx

t

tt

w

R

w

R

a

w

d

w

d

d

w

d

v

R

a

u

R

a

v

w

w

v

w

w

R

a

v

a

v

a

u

a

a

w

v

v

w

v

w

R

a

v

a

a

u

a

u

a

u

u

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

background image

Stability Analysis

 

 

dD

w

R

w

d

w

d

w

w

d

w

d

v

u

a

R

w

v

u

a

R

w

v

a

u

a

w

v

w

v

u

w

w

v

v

u

u

V

y

xy

yy

yy

xx

xx

x

y

y

x

y

x

D

t

t

t

t

t

t

]

2

4

2

2

2

)

(

2

2

2

2

2

1

2

,

2

2

2

,

66

2

,

22

,

,

12

2

,

11

2

,

,

66

,

,

12

2

,

22

2

,

11

2

2

2

2

,

2

,

2

,

2

,

2

,

2

,


9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

2

/

1

V

background image

Stability Analysis

 

dD

w

R

w

d

w

d

w

w

d

w

d

v

u

a

R

w

v

u

a

R

w

v

a

u

a

w

v

v

w

w

v

u

dt

dV

y

xy

yy

yy

xx

xx

x

y

y

x

y

x

D

t

t

t

]

4

2

2

)

1

(

2

2

,

2

2

2

,

66

2

,

22

,

,

12

2

,

11

2

,

,

66

,

,

12

2

,

22

2

,

11

2

2

2

2

,

2

,

2

,



9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-11, 2002

2





e

i

i

Damping ratio

background image

Stability Analysis

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

2

dD

w

dD

w

d

w

d

w

w

d

w

d

D

D

xy

yy

yy

xx

xx

2

2

,

66

2

,

22

,

,

12

2

,

11

4

2

Bending stiffnesses dependent on x

dD

R

w

R

R

a

R

w

v

a

v

R

a

R

w

u

a

v

u

a

u

a

dt

dV

y

y

x

y

x

x

D

]

2

)

1

(

2

2

2

2

2

2

2

22

,

22

2

,

2

2

22

,

12

,

,

12

2

,

11

background image

Stability Analysis

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

Quadratic form with respect to

 

R

w

v

u

y

x

,

,

,

,

2

2

2

22

22

12

22

2

2

22

12

12

12

11

)

1

(

R

R

a

a

a

a

R

a

a

a

a

a

Sylvester conditions

background image

Results

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

background image

Results

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

background image

Conclusions

9-th Congress on  Sound and Vibrations , Orlando, July 8-12, 2002

Developed dynamic models predict the response
of composite structures with interlayer separations 

Increase of edge delamination length decreases 
active control performance  

Presented analytical models can be used to 
fast introductory analysis of smart structures with 
delaminations


Document Outline