Transcript ZB14 - AeroNet

INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
II KONFERENCJA PANELE EKSPERTÓW 28 – 29 Czerwca 2010 r.
„Nowoczesne technologie materiałowe stosowane w przemyśle lotniczym”
ZB 14
Materiały inteligentne - oraz bazujące na nich
systemy zespolone (ang. smart embedded
systems) do zastosowania w lotnictwie
Lider merytoryczny
Prof. Jan Holnicki-Szulc
Instytucje partnerskie w zadaniu
IPPT PAN, IMP PAN, ITWL, Ilot, PRz, PL, PW
I i II kwartał 2010
PROJEKT WSPÓŁFINANSOWANY PRZEZ UNIĘ EUROPEJSKĄ ZE ŚRODKÓW EUROPEJSKIEGO FUNDUSZU ROZWOJU REGIONALNEGO
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Badania systemów zespolonych wykorzystujących materiały
piezoelektryczne:
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
Badania systemów zespolonych wykorzystujących
zintegrowane układy elektryczne (ELGRID)
Matryca komplementarnych
obwodów drukowanych
sprzężonych pojemnościowo
Rys. 1 Schemat poglądowy przedstawiający system identyfikacji delaminacji
za pomocą
siatki czujników piezoelektrycznych.
Cel badań:
• opracowanie zintegrowanego systemu
identyfikacji uszkodzeń
międzywarstwowych w konstrukcjach
lotniczych
Wnioski:
• opracowano model numeryczny
konstrukcji warstwowej z delaminacją
• model numeryczny wykorzystano do
określenia wskaźnika najbardziej
wrażliwego na pojawienie się
delaminacji.
Przeszywane
połączenia
przewodzące
Wymuszenie sygnałem
testowym
Pomiar dynamicznej
odpowiedzi układu
Rys. 3 Schemat systemu identyfikacji uszkodzeń w panelach
kompozytowych za pomocą
zintegrowanych obwodów elektrycznych.
• opracowano metodę identyfikacji zmian
przewodności i pojemności elektrycznej w
zintegrowanych sieciech ELGRID bazującą na
rozwiązaniu dynamicznego zadania odwrotnego
Rys. 2 Przykładowe wyniki testów numerycznych dla delaminacji
zlokalizowanej pomiędzy parą czujników nr 6 (a), delaminacji zlokalizowanej
pomiędzy czujnikami 5,6,7 (b).
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
Modelowanie HPV jako zadania sprzężonego mechaniki konstrukcji i mechaniki płynów
dopływ: 2 atm
obszar
płynu
ścianki zaworu
Przyjęty model zaworu:
• Zamknięta od dołu membrana umieszczona pomiędzy sztywnymi ściankami
• Ciśnieniowe warunki brzegowe w miejscu dopływu i wypływu gazu
Symulację zamykania zaworu
wykonano dwoma metodami:
membrana
wypływ: 1 atm
1. Arbitrary Lagrangian Eulerian
2. Coupled Eulerian Lagrangian
Metoda CEL
Metoda ALE
Wyniki symulacji numerycznych (metoda ALE):
Rozkład prędkości płynu
Rozkład ciśnień w zaworze
Rozkład linii prądu
Wniosek końcowy: przeprowadzone symulacje potwierdzają poprawność przyjętej koncepcji zaworu HPV
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
Izolacja i lokalne monitorowanie podkonstrukcji
Cel prac
opracowanie i eksperymentalna weryfikacja
metody izolacji wybranych fragmentów
konstrukcji w celu ich lokalnego
monitorowania przy użyciu standardowych
metod SHM
Wyniki eksperymentalne
(a)
(b)
Schemat eksperymentalnie badanej konstrukcji i procesu izolacji:
(a) konstrukcja globalna; (b) izolowana podkonstrukcja
(a)
(b)
Lokalna identyfikacja współczynników uszkodzenia pięciu segmentów podkonstrukcji wyizolowanej z konstrukcji globalnej:
(a) w dziedzinie czasu; (b) w dziedzinie częstości
Wnioski: przeprowadzony eksperyment potwierdza możliwość izolacji i następnie lokalnego
monitorowania podkonstrukcji standardowymi metodami w dziedzinie czasu i częstości
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Oryginalne badania eksperymentalne absorpcji akustycznej
pianek magneto-reologicznych
Eksperyment:
Absorpcję akustyczną zbadano w zakresie 0.5-6.5 kHz:
•
dla „czystych” próbek pianek poliuretanowych
•
dla pianek magneto-reologicznych uzyskanych
poprzez pokrycie porowatego szkieletu próbek
cienką warstwą płynu magneto-reologicznego
•
dla pianek MR w stałym polu magnetycznym
Przykładowe krzywe absorpcji
akustycznej uzyskane dla:
(a) „czystej”pianki poliuretanowej
(b) pianki magneto-reologicznej
(c) pianki magneto-reologicznej
poddanej działaniu stałego pola
magnetycznego
Wnioski:
•
Adaptacyjne oddziaływanie stałym polem
magnetycznym na pianki magnetoreologiczne w istotny sposób wpływa na
absorpcję akustyczną polepszając ją w
szerokim paśmie częstotliwości
•
Rezultat ten stanowi to podstawę dla
realizacji potencjalnie bardziej
efektywnego aktywnego oddziaływania
zmiennym polem magnetycznym
Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Badania doświadczalne wyznaczające
odporność na delaminację kompozytów
laminatowych o spoiwie polimerowym.
Spodziewanym źródłem delaminacji są
elementy aktywne (piezoelektryczne lub inne),
celowo wprowadzone pomiędzy warstwy
laminatu.
W ramach prowadzonych prac badawczych
wyznaczane są charakterystyki sztywnościowe
wytworzonych kompozytów, poprzez zginanie
próbek belkowych.
Podczas badań korzystano z szybkiej
kamery w celu
wyznaczenia ugięć i obserwacji
ewentualnej
propagacji rozwarstwienia
Politechnika Lubelska
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Sformułowano założenia do opracowania układu
piezoelektrycznego aktywnie tłumiącego drgania łopat
wirników.
Wykazano, że zastosowanie elementów aktywnych
umożliwia zmianę kształtu łopaty wirnikowej. Poprzez
dobór odpowiedniego kontrolera można ograniczyć
drgania łopat wymuszanych strugą opływającego
powietrza.
Wrażliwość kontrolera nasyceniowego
(NSC) na zmianę parametrów w
badaniach na modelu analitycznym
Badania numeryczne kontrolerów nasyceniowego
(NSC) i PPF ze względu skuteczność działania
Politechnika Lubelska
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Propagacja fal - modelowanie
Opracowano program do analizy propagacji fal sprężystych w złożonych trójwymiarowych
konstrukcjach kompozytowych (laminowanych)
Sygnał zarejestrowany w kątowniku wynik symulacji
Widok geometrii modelu w
kształcie siodła
Główne okno programu
Przykład wizualizacji zjawiska propagacji fal sprężystych
Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Zakład Mechaniki Struktur Inteligentnych
Wiesław Ostachowicz, Marek Krawczuk, Arkadiusz Żak, Lech Murawski, Paweł Kudela, Tomasz Wandowski, Paweł Malinowski
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Przetworniki piezoelektryczne modelowanie
Program wzbogacany jest o możliwości modelowania sprzężenia piezoelektrycznego.
Możliwe będzie modelowanie konstrukcji z wbudowanymi przetwornikami
piezoelektrycznymi do generacji i rejestracji fal sprężystych.
Modelowanie płyty z elementem piezoelektrycznym
Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Zakład Mechaniki Struktur Inteligentnych
Wiesław Ostachowicz, Marek Krawczuk, Arkadiusz Żak, Lech Murawski, Paweł Kudela, Tomasz Wandowski, Paweł Malinowski
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Główne wyniki zrealizowanych
prac badawczych
ZB14.ITWL: Badanie elastycznej
pianki poliuretanowej o ujemnym współczynniku Poissona
Widok
Instytut
fragmentu
Cel: badania elastycznej pianki auksetycznej
Techniczny
fotela
Wykonano:
Wojsk
(siedzisko
I kw. 2010
Lotniczych
i
oparcie)
Analiza właściwości poliuretanowych pianek
auksetyk
pilota
auksetycznych wytwarzanych przez ośrodki
konwencjonalny
śmigłowca obciążenie udarowe (Grima J.N.; 2009)
zagraniczne
Mi-8
II kwartał 2010
1. Analiza właściwości materiałów wyjściowych (poliuretany, poliolefiny) i metod wytwarzania
pianek auksetycznych 2. Próba wykonania pianki auksetyczenej z krajowej pianki poliuretanowej
Próba wykonania pianki auksetycznej z pozyskanej pianki poliuretanowo-estrowej typu siatkowego
stan
wyjściowy
Rys. 1. Pianka tradycyjna
stan
wyjściowy
stan
wyjściowy
Rys. 1. Pianka auksetyczna
A=25%
A=25%
ν = - 0,22
A=25%
ν = - 0,63
Rv = 3,8
Rv = 4,3
metoda trzyosiowej kompresji termicznej
proces chemiczno-mechaniczny
Wykonawcy: dr inż. Janusz Lisiecki, mgr inż. Teresa Błażejewicz, dr hab. inż. Sylwester Kłysz, dr inż. Sławomir Klimaszewski,
mgr inż. Piotr Reymer, mgr inż. Gabriel Gmurczyk
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Dane do wskaźników realizacji
celów projektu
• Referaty
1. Grzegorz Suwała, Łukasz Jankowski, Model-free damage identification of skeletal structures, 5th European
Workshop on Structural Health Monitoring, June 29 – July 2, 2010, Sorrento-Naples, Italy.
2. Małgorzata Mróz, Łukasz Jankowski, Jan Holnicki-Szulc, VDM-based identification of localized, damage
induced damping, 5th European Workshop on Structural Health Monitoring, June 29 – July 2, 2010, SorrentoNaples, Italy.
3. Żak A., Ostachowicz W.: An algorithm to model SMA behaviour by the finite element method. IV European
Conference on Computational Mechanics, 16-21 maj, Paryż, Francja.
4. Murawski L., Ostachowicz W.: Optimization of marine propulsion system's alignment for aged ships. Proc. 18th
International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009, 18–21 May 2009, Zielona Góra,
Poland, str. 73–74.
5. Krawczuk M., Kudela P., Murawski L., Ostachowicz W., Żak A.: Elastic wave propagation software –
Visualization methods, Proc. 18th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM–2009,
18–21 May 2009, Zielona Góra, Poland, str. 255–256.
6. Samborski S., Sadowski T.: Badanie statycznej i dynamicznej odporności na kruche pękanie tworzyw
ceramicznych o zróżnicowanej porowatości, V Międzynarodowe Sympozjum Mechaniki Zniszczenia
Materiałów i Konstrukcji, Augustów, 3-6 czerwca 2009
7. Bocheński M., Warmiński J., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of nonlinear composite
beam vibrations by various control algorithms application. 10th Conference on Dynamical Systems – Theory
and Applications, Łódź, 7-10 grudnia 2009, pp. 161-168.
8. Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiński J., Bocheński M., Filipek P.: Tłumienie drgań piezoelektrycznych
materiałów kompozytowych. IX Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie
Elektrycznym "SENE 2009", Łódź, 18-20 XI 2009.
9. Jarzyna W., Augustyniak M., Warmiński J., Bocheński M.: Characteristics and Implementation of Piezoelectric
Structures in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic
Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 179.
10. Filipek P., Augustyniak M., Bocheński M.: Control of active piezoelectric beam system applying DSP-based
controler in Active Composite Systems. 6th International Conference "New Electrical and Electronic
Technologies and their Industrial Implementation" NEET 2009, Zakopane, 23-26 June 2009, pp. 180.
11. Jarzyna W., Charlak M., Augustyniak M.: Studies of Piezoelectric Composites Applied to Active Flow Control of
the Wind Turbine. International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering, 1-3 October,
2009. Rousse, Bulgaria.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Dane do wskaźników realizacji
celów projektu
• Publikacje
1. Jilin Hou, Łukasz Jankowski, Jinping Ou, A substructure isolation method for local structural
health monitoring, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in press, doi:
10.1002/stc.389
2. Jilin Hou, Łukasz Jankowski, Jinping Ou, Experimental study of the substructure isolation
method for local health monitoring, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in
review.
3. Grzegorz Suwała, Łukasz Jankowski, A model-free method for identification of mass
modifications, Journal of Structural Control and Health Monitoring, in review.
4. Tomasz G. Zielinski, Michał Rak, Acoustic Absorption of Foams Coated with MR Fluid under
the Influence of Magnetic Field, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 21,
pp. 125-131, January 2010.
5. Kudela P., Ostachowicz W., Żak A.: Sensor triangulation for damage localisation in composite
plates. Key Engineering Materials, 413–414, str. 55–62, 2009.
6. Warmiński J., Bocheński M., Jarzyna W., Filipek P., Augustyniak M.: Active suppression of
nonlinear composite beam vibrations by selected control algorithms. Communications in
Nonlinear Science and Numerical Simulation, 2010, doi:10.1016/j.cnsns.2010.04.055 (in print)
7. Warmiński J.: Nonlinear Normal Modes of a Self-Excited System Driven by Parametric and
External Excitations. Nonlinear Dynamics, 2010, doi:10.1007/s11071-010-9679-5, (in print).
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Dane do wskaźników realizacji
celów projektu
• Prace mgr, dr, hab.
•Prace inżynierskie obronione:
•Prace magisterskie obronione:
1.
Marcin Zawadzki: Kompensacja odkształceń mechanicznych przy pomocy przetworników
piezoelektrycznych. Promotor: dr inż. Piotr Filipek
•Prace inżynierskie planowane
1. Zofia Szmit: Badanie drgań własnych płyt cienkich - metody eksperymentalne i analiza
numeryczna MES. Promotor: dr inż. Jarosław Latalski, planowany termin obrony: lipiec
2010
2.
Michalina Szymanek: Badania eksperymentalne drgań własnych warstwowych płyt
kompozytowych. Promotor: dr inż. Jarosław Latalski, planowany termin obrony: lipiec 2010
•Prace magisterskie planowane
1. Łukasz Sadłowski: Elektroniczny układ zasilania dla piezoelektryków aktywnych. Promotor:
dr inż. Piotr Filipek, planowany termin obrony: lipiec 2010
•Prace doktorskie
•Prace habilitacyjne
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Stan współpracy
z przedsiębiorstwami Doliny Lotniczej
POLITECHNIKA LUBELSKA
Przykłady współpracy z przemysłem lotniczym
 PZL Świdnik SA - Regularnie odbywają się spotkania robocze z pracownikami w celu uzgodnienia
kierunków badań. Współpraca dotyczy:
• technologii wytwarzania kompozytowych struktur lotniczych — zorganizowano m.in.
długoterminowe staże przemysłowe, wykonano wstępną partię szerokiej gamy próbek
kompozytowych do dalszych badań,
• konstrukcji śmigłowca — prowadzone są intensywne prace nad zastosowaniem aktywnego
trymera do modelu łopaty wirnika nośnego
INSTYTUT PODSTAWOWYCH PROBLEMÓW TECHNIKI PAN
 Aero-Kros Krosno – prowadzona jest współpraca mająca na celu opracowanie systemu
wykrywania uszkodzeń w skleinie przy krawędzi natarcia skrzydeł kompozytowych
 PZL Świdnik SA - system wykrywania uszkodzeń w wirniku ogonowym
ADAPTRONICA – we współpracy z małą firmą zajmującą się technikami wykrywania uszkodzeń w
materiałach, uzyskano finansowanie projektu o akronimie SWING mającego na celu wdrożenie
systemu wykrywania uszkodzeń w kompozytach lotniczych.
INNOWACYJNA
GOSPODARKA
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI FUNDUSZ
ROZWOJU REGIONALNEGO
Główne wnioski
Prace postępują zgodnie z założonym planem w podzadaniach:
1. Wykonywanie elementów kompozytowych z SES (ang. Smart embeded
systems)
2. Rozwijanie metod wykrywania delaminacji w elementach kompozytowych
3. Rozwijanie technologii związanych z AIA Adaptacyjna Absorpcja Energii Udaru
4. Rozwijanie adaptacyjnych metod tłumienia hałasu
5. Rozwijanie metod aktywnego tłumienia drgań i sterowania przepływem przy
użyciu elementów piezoelektrycznych
6. Rozwijanie oprogramowania do modelowania propagacji fal sprężystych w
kompozytach z umieszczonymi elementami piezoelektrycznymi
7. Opracowanie metody syntezy materiałów porowatych z ujemnym
współczynnikiem Poissona