Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Modeling and Vibration Control of Hull Structure Using Piezoelectric Composite Actuators

압전복합재 작동기를 이용한 Hull 구조물의 모델링 및 진동제어

  • 김흥수 (대구가톨릭대학교 기계자동차공학부) ;
  • 손정우 (인하대학교 기계공학과) ;
  • 최승복 (인하대학교 기계공학부)
  • Received : 2009.04.29
  • Accepted : 2009.11.26
  • Published : 2010.02.28
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Abstract

In this paper, dynamic modeling of hull structure including surface-bonded piezoelectric composite actuator was developed and structural vibration control performance was evaluated. Cylindrical shell structure with end-caps was considered as a host structure which could be used as a simple model of fuselage of aircraft and underwater vehicles. An advanced piezoelectric composite, macro-fiber composite(MFC), which has been developed in NASA Langley Research Center was applied for the effective structural vibration control. MFC has great flexibility by using piezoceramic fiber sheet and enhanced piezoelectric effect for in-plane motion by utilizing interdigitated electrode. Governing Equations were derived from the finite element model and modal characteristics were investigated. Modal test was conducted to verify the finite element model. Optimal controller was designed and implemented for the evaluation of vibration control performance. Structural vibration was controlled effectively by applying proper control input to the piezoelectric actuators.

본 논문에서는 압전복합재 작동기가 표면에 부착된 Hull 구조물의 유한요소모델을 구성하여 동적 특성을 고찰하였으며, 구조물의 진동제어 특성을 평가하였다. Hull 구조물은 양 끝이 닫혀있는 실린더형 쉘 구조물을 고려하였으며, 항공기 동체나 잠수함과 같은 수중 구조물 등의 간단한 모델로 사용될 수 있다. 구조물의 진동제어를 위해 최근 NASA Langley 연구소에서 개발된 압전복합재인 Macro-Fiber Composite(MFC)를 적용하였다. MFC는 압전세라믹 섬유를 이용하여 유연성을 향상시키고, 맞물림 전극을 적용하여 면내 방향에서 큰 압전효과를 구현할 수 있도록 하였다. 유한요소모델을 바탕으로 구조물의 지배방정식을 도출하였으며, 동적 특성을 해석하여 실제 제작된 구조물의 실험결과와 비교 검증하였다. 최적제어 알고리즘을 구성하여 구조물의 진동제어 성능을 평가하였으며, 효과적으로 구조물의 진동을 제어할 수 있음을 확인하였다.

Keywords

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