Theory of adaptive fiber composites: from piezoelectric material behavior to dynamics of rotating structures

سیستم‌های سازه‌ای تطبیقی ​​در ارتباط با مواد چند منظوره، راه‌حل‌های فنی با طیف وسیعی از کاربردها و درجه بالایی از یکپارچگی را تسهیل می‌کنند. با ترکیب قابلیت‌های محرک و سنجش مواد پیزوالکتریک با مزایای کامپوزیت‌های الیافی، می‌توان خواص ناهمسانگردی را مطابق با الزامات تنظیم کرد و رفتار شکست را بهبود بخشید. چنین کامپوزیت های فیبر تطبیقی ​​برای کار کاهش نویز و لرزش بسیار مناسب هستند. از این نظر، سیستم روتور هلیکوپتر یک زمینه کاربردی بسیار جالب و قابل درک را نشان می دهد. نوسانات رخ می دهد را می توان با کمک کوپلینگ های آیرودینامیکی از طریق دستکاری سریع زاویه حمله، که با تحریک پیچشی تیغه روتور ایجاد می شود، کاهش داد. از یک سو، خواص حسگر ممکن است برای تعیین وضعیت فعلی تغییر شکل استفاده شود، در حالی که، از سوی دیگر، خواص تحریک ممکن است برای رسیدن به حالت تغییر شکل مورد نیاز استفاده شود. اجرای چنین مفاهیمی مستلزم دانش جامعی از زمینه نظری است که در این کار از بررسی رفتار ماده تا شبیه سازی ساختار چرخان روشن شده است.

Adaptive structural systems in conjunction with multifunctional materials facilitate technical solutions with a wide spectrum of applications and a high degree of integration. By virtue of combining the actuation and sensing capabilities of piezoelectric materials with the advantages of fiber composites, the anisotropic constitutive properties may be tailored according to requirements and the failure behavior can be improved. Such adaptive fiber composites are very well-suited for the task of noise and vibration reduction. In this respect, the helicopter rotor system represents a very interesting and widely perceptible field of application. The occurring oscillations can be reduced with the aid of aerodynamic couplings via fast manipulation of the angle of attack, being induced by twist actuation of the rotor blade. On the one hand, the sensing properties may be used to determine the current state of deformation, while, on the other hand, the actuation properties may be used to attain the required state of deformation. The implementation of such concepts requires comprehensive knowledge of the theoretical context, which is illuminated in this work from the examination of the material behavior to the simulation of the rotating structure.