Experimental verification of active vibration control of structures using jet pulses
Authors: Καραΐσκος Γρηγόριος 
Published: January 2014

Σκοπός της διατριβής είναι η ανάπτυξη, μελέτη και πειραματική πιστοποίηση συστήματος ελέγχου ταλαντώσεων με χρήση δεσμών ρευστού (αέρας) από ακροφύσια (jets). Οι αρχές λειτουργίας και οι δυνατότητες του προτεινόμενου συστήματος ελέγχου ταλαντώσεων θα κατανοηθούν με εφαρμογή τους σε απλοποιημένη εργαστηριακή κατασκευή σε μικρή κλίμακα, η οποία περιέχει τα βασικά δυναμικά χαρακτηριστικά των πραγματικών κατασκευών. Η κύρια πειραματική διάταξη είναι ένας ταλαντωτής ενός βαθμού ελευθερίας ο οποίος αποτελείται από το κύριο σώμα δεδομένης μάζας το οποίο στερεώνεται στην τράπεζα διέγερσης μέσω λεπτότοιχου ελάσματος που ενεργεί ως το κύριο στοιχείο στιβαρότητας του μηχανικού συστήματος. Το μηχανικό σύστημα (ταλαντωτής) είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο και υποβάλλεται σε εξωτερική διέγερση βάσης μέσω κατάλληλης ηλεκτροδυναμικής τράπεζας διέγερσης η οποία έχει δυνατότητες επιβολής αρμονικών, περιοδικών και τυχαίων κινήσεων με προεπιλεγμένο συχνοτικό περιεχόμενο. Ο έλεγχος των ταλαντώσεων της κατασκευής επιτυγχάνεται με κατάλληλες δυνάμεις οι οποίες προέρχονται από την εκτόξευση μάζας ρευστού (αέρα) υπό πίεση από τα δύο κατάλληλα σχεδιασμένα ακροφύσια ρευστού που είναι αντικρυστά τοποθετημένα στο κύριο σώμα της κατασκευής και στην ίδια διεύθυνση με εκείνη της διέγερσης της. Η διάταξη συνοδεύεται με τις κατάλληλες βαθμίδες ρύθμισης για την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των δυνάμεων στα ακροφύσια. Η συμπεριφορά του υπό μελέτη μηχανικού συστήματος παρακολουθείται από κατάλληλους αισθητήρες μετατόπισης, ταχύτητας και επιτάχυνσης, ενώ του υδραυλικού συστήματος παρακολουθείται από αισθητήρες πίεσης. Οι επιλογές των χαρακτηριστικών του μηχανικού συστήματος και των υδραυλικών συστημάτων έγιναν μετά από λεπτομερή θεωρητική ανάλυση έτσι ώστε το σύστημα να έχει τις απαιτούμενες προδιαγραφές και να αξιοποιείται στο μέγιστο βαθμό ο διαθέσιμος εξοπλισμός και οι υπάρχουσες εργαστηριακές δυνατότητες. Παράλληλα, αναπτύχθηκε κατάλληλο λογισμικό ελέγχου των χρονικών στιγμών ανοιγο-κλεισίματος των βαλβίδων παροχής ρευστού με βάση τις στιγμιαίες μετρήσεις των χρονο-μεταβαλλόμενων επιταχύνσεων του μηχανικού συστήματος που προέρχονται από τους αισθητήρες επιτάχυνσης. Η κατασκευή υπεβλήθη σε πειράματα ελέγχου ταλαντώσεων για τρεις διαφορετικούς τύπους διεγέρσεων βάσης αρμονικές, περιοδικές, και σεισμικές διεγέρσεις. Μελετήθηκε με συστηματικό τρόπο η επιρροή της πίεσης του ακροφυσίου και του επιπέδου ενεργοποίησης των ακροφυσίων στην αποτελεσματικότητα των δεσμών ρευστού για την μείωση των ταλαντώσεων της εργαστηριακής κατασκευής. Η επιτευχθείσα μείωση του μεγέθους των ταλαντώσεων ξεπερνά το 50% των ταλαντώσεων που προκύπτουν χωρίς την επενέργεια των συστημάτων ελέγχου. Οι συστηματικές πειραματικές μελέτες επίσης ανέδειξαν τις σχέσεις που διέπουν τα επίπεδα μείωσης των ταλαντώσεων με τις τιμές των πιέσεων στα ακροφύσια και τα επιθυμητά επίπεδα ταλάντωσης στα οποία ενεργοποιούνται τα ακροφύσια. Παρατηρήθηκε ότι η επίτευξη της μέγιστης απόδοσης των πιδάκων για τον έλεγχο των ταλαντώσεων παρουσιάζεται για συγκεκριμένες βέλτιστες τιμές των πιέσεων στα ακροφύσια και των επιπέδων ενεργοποίησης των δεσμών ρευστού. Τέλος, πιστοποιήθηκε πειραματικά η αποδοτικότητα των δεσμών ρευστού ως ενεργοί μηχανισμοί ελέγχου των ταλαντώσεων των κατασκευών για διαφορετικούς τύπους εξωτερικών διεγέρσεων.