نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر

کنترل فعال ارتعاشات تیر همسانگرد و کامپوزیتی هوشمند با لایه‌های پیزوالکتریک و منطق فازی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
10.22060/mej.2026.25546.7952
چکیده
در این مقاله، کنترل فعال ارتعاشات تیر همسانگرد و تیر-جعبه کامپوزیتی هوشمند مجهز به لایه‌های پیزوالکتریک با استفاده از کنترل‌کننده‌های فازی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی پژوهش، ارائه چارچوبی کارآمد برای کنترل ارتعاشات تیرهای کامپوزیتی با هندسه سطح مقطع دلخواه و مواد ناهمسانگرد است. در این راستا، از خروجی یک مدل غیرکلاسیک مبتنی بر تحلیل دوبعدی سطح مقطع برای استخراج رفتار دینامیکی تیر استفاده شده است؛ رویکردی که ضمن حفظ دقت تحلیل سازه‌های کامپوزیتی پیچیده، هزینه محاسباتی را در مقایسه با مدل‌سازی کامل سه‌بعدی کاهش می‌دهد و بستر مناسبی را برای مسائل بهینه‌سازی فراهم می‌کند. در مرحله نخست، یک تیر هوشمند اویلر–برنولی مجهز به لایه‌های پیزوالکتریک به‌منظور شبیه‌سازی اولیه با سه رویکرد کنترل فازی، کنترل تناسبی–انتگرالی–مشتقی کلاسیک و کنترل تناسبی–انتگرالی–مشتقی تنظیم‌شده توسط منطق فازی مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس، تیر هوشمند کامپوزیتی با استفاده از مدل غیرکلاسیک پیشنهادی و با کنترل فازی و کنترل تناسبی–انتگرالی–مشتقی مورد بررسی قرار گرفت. معادلات مودال غیرکوپل با استفاده از شکل مود اول تیر استخراج و با روش بسط مرکزی در حوزه زمان گسسته‌سازی شده‌اند. همچنین، مدل تیر-جعبه کامپوزیتی امکان در نظر گرفتن کامل شش درجه آزادی، تمامی کوپلینگ‌های مادی و هندسی غیرکلاسیک و اثرات برش عرضی را بدون نیاز به مدل‌سازی کامل سه‌بعدی فراهم می‌کند. نتایج حاصل نشان‌دهنده کاهش مؤثر ارتعاشات، بیش‌جهش و زمان نشست است.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Active Vibration Control of Isotropic and Composite Smart Beams with Piezoelectric Layers and Fuzzy Logic

نویسندگان English

Esmaeel Ghafari 1
Hamid Moeenfard 2
Mohammadamin Bagheri 3
1 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

In this article, the active vibration control of isotropic beams and smart composite box beams equipped with piezoelectric layers is investigated using fuzzy controllers. The main objective of the study is to present an efficient framework for vibration control of composite beams with arbitrary cross-sectional geometries and anisotropic materials. To this end, the dynamic behavior of the beams is extracted from the output of a non-classical model based on two-dimensional cross-sectional analysis. This approach preserves the accuracy of analyzing complex composite structures while significantly reducing the computational cost compared to full three-dimensional modeling, and provides a suitable platform for optimization problems. In the first stage, a smart Euler–Bernoulli beam equipped with piezoelectric layers was evaluated for preliminary simulation using three control approaches: fuzzy control, classical proportional–integral–derivative (PID) control, and fuzzy-tuned PID control. Subsequently, the smart composite beam was examined using the proposed non-classical model under both fuzzy and PID controllers. The uncoupled modal equations were derived based on the first mode shape of the beam and discretized in the time domain using the central difference method. Furthermore, the composite box beam model fully incorporates six degrees of freedom, all non-classical material and geometric couplings, and transverse shear effects without requiring complete three-dimensional modeling. The obtained results indicate effective reduction in vibrations, overshoot, and settling time.

کلیدواژه‌ها English

Fuzzy Control
Active Vibration Control
Smart Isotropic and Composite Beam
Piezoelectric

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 08 خرداد 1405