Active Vibration Control of Engineering Structures Using Air Jet Pulses

Year 2019, KONJES_c7_Special_Issue, 933 - 947, 30.12.2019

Berkan Hızarcı , Zeki Kıral

https://doi.org/10.36306/konjes.624373

Cited By: 1

Abstract

Research and development of structural response control systems are an
important area of interest for researchers. Under the different static and
dynamic loads, it has become a necessity to use structural control systems in
order to reduce the vibration response of engineering structures. Serious
efforts have been made to transform the structural response control concept
into a viable technology. Innovative active vibration control systems are needed
to improve the structural dynamic behavior of structures used in different
operating environments or operational processes. In this regard, the idea of
reducing the vibrations of structures using air jet pulses remains to be
investigated and implemented. In this study, the response patterns of the sample
structure and vibration control via air jet pulses under harmonic base
excitation were examined. Harmonic base excitation was given around the first
natural frequency at which the structure has the highest displacement.
State-feedback control method was used for vibration control of the structure.
The forces required for vibration control of the sample structure were calculated.
In addition, with the help of Matlab Simscape Multibody, physical modeling of
the system and visualization of the vibration were provided. The results were
compared and it was observed that the vibration of the structure can be damped
via proposed system. Finally, the nozzle design was conducted to provide
control forces with air jet impulses to the system.

Keywords

Air jet pulse, Nozzle, Vibration suppression, Structural response, State-feedback control

HAVA JET İTKİLERİ KULLANARAK MÜHENDİSLİK YAPILARININ AKTİF TİTREŞİM KONTROLÜ

Abstract

Yapısal cevap kontrol sistemlerinin araştırılması ve geliştirilmesi
araştırmacıların önemli bir ilgi alanıdır. Farklı dinamik yüklerin etkisi
altında mühendislik yapılarının titreşim tepkilerini azaltmak için yapısal
kontrol sistemlerinin kullanılması bir gereklilik haline gelmiştir. Yapısal
cevap kontrolü kavramını uygulanabilir bir teknolojiye dönüştürmek için ciddi
çabalar sarf edilmiştir. Farklı çalışma ortamlarında veya operasyonel
işlemlerde kullanılan yapıların dinamik davranışlarının iyileştirilmesi için
yenilikçi aktif titreşim kontrol sistemlerine ihtiyaç vardır. Bu konuda, hava
jet itkileri kullanılarak yapıların titreşimlerini azaltma düşüncesi hala
araştırılmaya ve uygulamaya açıktır. Bu çalışmada, örnek bir mühendislik
yapısının harmonik zemin zorlaması altında verdiği cevaplar ve hava jet
itkileri yardımıyla titreşim kontrolü incelenmiştir. Harmonik zemin zorlaması,
yapının en yüksek yer değiştirmeye sahip olduğu birinci doğal frekans civarında
verilmiştir. Yapının titreşim kontrolü için, durum geri besleme kontrol yöntemi
kullanılmıştır. Örnek yapının titreşim kontrolü için gerekli olan kuvvetler hesaplanmıştır.
Ayrıca, Matlab Simscape Multibody yardımıyla hem sistemin fiziksel olarak modellenmesi,
hem de oluşan titreşimin görselleştirilmesi sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar
karşılaştırılmış ve önerilen sistem ile yapının titreşimlerini
sönümlenebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Son olarak, kontrol kuvvetlerinin
sisteme hava jet itkileri kullanılarak verilmesi için lüle tasarımı
yapılmıştır.

Keywords

Hava jet itkisi, Lüle, Titreşim azaltma, Yapısal cevap, Durum geri besleme kontrol

References

• Aldemir, Ü., Aydın, E., 2005, “Depreme dayanıklı yapı tasarımında yeni yaklaşımlar”, Türkiye Mühendislik Haberleri, 435(1), ss. 81-89.
• Brambilla, M., 1999, “Design and implementation of a jet actuator for active structural control”, Journal of Structural Control, 6(1), ss. 117-127.
• Chopra, A. K., 2001, Dynamics of structures: theory and applications to earthquake engineering. Prentice-Hall, A.B.D.
• Conker, Ç., Bilgiç, H.H., ve Yavuz, H., 2015, “Esnek sistemlerin artık titreşim kontrolünde konvansiyonel negatif girdi şekillendirme teknikleri ve gürbüzlüklerinin kıyaslanması”, Uluslararası Katılımlı 17. Makine Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015.
• Çakan, A., Botsalı, F., Tınkır, M., 2015, “Çeyrek araç modelinde PID ve bulanık mantık kontrolcü ile aktif titreşim kontrolü”, Uluslararası Katılımlı 17. Makine Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015.
• Elger, D.F., Williams, B.C., Crowe, C.T., Roberson, J.A., 2000, Engineering fluid mechanics. Wiley; 7 edition (October 24, 2000).
• Fujimoto, T., Cao, F., 2002, “Sliding mode control of framed structure vibration by an air-pulse actuator”, In Proceedings of the 41st SICE Annual Conference, SICE 2002, Vol. 5, ss. 3066-3071.
• Gülbahçe, E., Çelik, M., Konya, K., 2015, “Aktif titreşim kontrolü için bir yapının sonlu elemanlar yöntemi ile modelinin elde edilmesi ve PID, PPF kontrolcü tasarımları”, Uluslararası Katılımlı 17. Makine Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015.
• Karaiskos, G., Papanicolaou, P., Zacharopoulos, D., 2016, “Experimental investigation of jet pulse control on flexible vibrating structures”, Mechanical Systems and Signal Processing, 76, ss. 1-14.
• Kuo, B. C., Bir, A., 2005, Otomatik kontrol sistemleri, Literatür Yayınları, Türkiye.
• Özdemir, A., Maden, D., 2013, “Aktif süspansiyon sistemli çeyrek araç modelinin optimal gözlemleyiciyle kontrolü”, Sakarya University Journal of Science, c. 17, s.2, ss. 181-187.
• Şanlıtürk, K.Y., Çelikel, S., 2009, “Çamaşır makinası dinamik modeli:serbest ve zorlanmış titreşimler”, 14 Ulusal Makina Teorisi Sempozyumu, ss. 87-97.
• Yüksel, S. B., Foroughi, S., 2019, “Betonarme kolonların sargısız ve sargılı beton dayanımının analitik olarak araştırılması”, Konya Mühendislik Bilimleri Dergisi, c.7, s.3, ss. 611-629.