Damping of mechanical vibrations by shunt piezoelectric structural elements

Authors

  • Matveenko V.P. Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation
  • Klighman E.P. Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation
  • Yurlov M.A. Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation
  • Yurlova N.A. Institute of Continuous Media Mechanics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russian Federation

UDC

539.3

Abstract

Incorporation of piezoelectric elements into a structure opens new possibilities for adjusting and controlling the dynamic characteristics of the system. For practical implementation of the discussed variant it is offered to fix piezo-elements to the surface of the structure and to monitor its dynamic characteristics by adjusting the external shunt electric RLC-circuits. The dynamic characteristics of the system are defined in the framework of the variational formulation of the eigenvalue problem. The real part of the obtained complex frequencies represents the natural vibration frequency and the imaginary part corresponds to the damping coefficient. The produced damping effect is presented in a series of experiments, in which the external electrical circuits were used for passive damping of the longitudinal vibrations of a piezoceramic rod plated along half of its length.

Keywords:

electroelasticity, spectral problems, external electric circuits, numerical methods, piezoelectric effect, experiment

Acknowledgement

Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ (НШ-7529.2010.1) и Программы Президиума РАН (09-П-1-1010).

Author Infos

Valeriy P. Matveenko

академик РАН, д-р техн. наук, директор Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН

e-mail: mvp@icmm.ru

Evgeniy P. Klighman

канд. техн. наук, старший научный сотрудник отдела связанных проблем механики деформируемого твердого тела Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН

e-mail: kligman@icmm.ru

Maksim A. Yurlov

инженер-исследователь отдела связанных проблем механики деформируемого твердого тела Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН

e-mail: yurlovm@icmm.ru

Nataliya A. Yurlova

канд. физ.-мат. наук, старший научный сотрудник отдела связанных проблем механики деформируемого твердого тела Института механики сплошных сред Уральского отделения РАН

e-mail: yurlova@icmm.ru

References

  1. Matveyenko V.P., Kligman E.P. Natural Vibration Problem of Viscoelastic Solids as Applied to Optimization of Dissipative Properties of Constructions // Journal of Vibration and Control. 1997. Vol. 3. P. 87-102.
  2. Болотин В.В., Новичков Ю.Н. Механика многослойных конструкций. Машиностроение. М.: Наука, 1980. 376 с.
  3. Кравчук А.С., Майборода В.П., Уржумцев Ю.С. Механика полимерных и композиционных материалов. М.: Наука, 1985. 304 с.
  4. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987. 542 с.
  5. Lee H.-J., Saravanos D. Layerwise finite elements for smart piezoceramic composite plates in thermal environments // NASA TM-106990 AIAA-96-1277. 1996. 48 p.
  6. Forward R.L. Electronic damping of vibrations in optical structures // Journal of Applied Optics. 1979. Vol. 18. No 5. P. 690-697.
  7. Hagood N.W, Von Flotow A. Damping of structural vibrations with piezoelectric materials and passive electrical networks // Journal of Sound and Vibration. 1991. Vol. 146. No 2. P. 243-268.
  8. Reza Moheimani S.O., Fleming Andrew J. Piezoelectric transducers for vibration control and damping. Springer, 2006. 272 p.
  9. Lesieutre G.A. Vibration damping and control using shunted piezoelectric materials // The Shock and Vibration Digest. 1998. May. P. 30-33.
  10. Партон В.З., Кудрявцев Б.А. Электромагнитоупругость пьезоэлектрических и электропроводных тел. М.: Наука, 1988. 471 с.
  11. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний. М.: Мир, 1988. 448 с.
  12. Карнаухов В.Г., Киричок И.Ф. Электротермовязкоупругость. Киев.: Наук. думка, 1988. 319 с.

Issue

Pages

23-35

Submitted

2011-05-10

Published

2011-06-29

How to Cite

Matveenko V.P., Klighman E.P., Yurlov M.A., Yurlova N.A. Damping of mechanical vibrations by shunt piezoelectric structural elements. Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation, 2011, no. 2, pp. 23-35. (In Russian)