Model piezoelektrického senzoru - aktuátoru pro monitorování chytrých kompozitových konstrukcí

Zuzana LAŠOVÁ

Master's thesis

Model of piezoelectric sensor-actuator for the structural health monitoring of smart composite structures

Abstract:

Cílem diplomové práce je vytvorení výpoctového modelu piezoelektrického prevodníku, který je klícovou soucástí systému monitorování stavu konstrukcí. Na zacátku je úvod do problematiky chytrých materiálu a chytrých konstrukcí, soucasný stav jejich vývoje a využití. Dále jsou uvedeny teoretické základy pro modelování piezoelektrických materiálu. Nejdríve je popsáno experimentální merení kmitání vetknutého nosníku s piezoelektrickými prevodníky. Tyto prevodníky jsou složené z vrstvy piezoelektrického materiálu a ochranné fólie. Výpoctový model heterogenního piezoelektrického prevodníku použitého pri experimentálním merení byl vytvoren v systému ANSYS a parametry dílcích materiálu byly identifikovány optimalizacním procesem. Model prevodníku byl využit pro simulaci kmitání nosníku a výsledky numerické analýzy byly porovnány s namerenými hodnotami. Také byla navržena homogenní struktura prevodníku s efektivními materiálovými parametry. S využitím tohoto modelu byla prezentována metoda aktivního monitorování konstrukcí pro izotropní i kompozitní materiál.

Abstract:

The aim of this diploma thesis is to create numerical model of piezoelectric transducer, that is key component of the system for structural health monitoring. At the beginning there is an introduction to the problem of smart structures and smart materials, their contemporary state of art and application. Theoretical basics for modelling of piezoelectric materials are presented in the next chapter. At first there is experimental measurement of vibration of a clamped beam with piezoelectric transducers described. These transducers consist of thin piezoelectric layer and protective foil. Computional model of piezoelectric used in the experiment was created in ANSYS software and the parameters were identified by optimization loop. The numerical model of the transducer was used in simulation of beam vibration and the results were compared with experimental values. Also a homogenous structure of the transducer with effective material parameters was designed. With application of this model the method of active structural health monitoring for isotropic and composite materials is presented.

Keywords

Piezoelektrický materiál, adaptivní konstrukce, monitorování stavu konstrukcí, FEM, kmitání, identifikace materiálových parametru, kompozitní materiály

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 31. 5. 2011

Accessible from:: 31. 5. 2011

Thesis defence

• Date of defence: 26. 8. 2011
• Supervisor: Ing. Robert Zemčík, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Applied Sciences

Master programme / field:
Applied Sciences and Computer Engineering / Mechanics