Mode shapes variation of a composite beam with piezoelectric patches

In this paper the modal shapes of a light, thin laminate beam with active elements were evaluated. Cases with one or two Macro Fiber Composite (MFC) active elements adhered onto a glassepoxy cantilever beam were analyzed. The systems under consideration were modeled in ABAQUS finite element software to derive mode shapes numerically. Next, the modes were compared to each other to estimate the influence of PZT patches. First 20 modes of natural vibrations were examined including bending, torsion and axial ones. The comparisons of mode shapes were performed according to Modal Assurance Criterion (MAC) analysis. The examination of changes of mode shapes of the original beam with placement of active elements is the starting point in prior of optimal placements of PZTs with final goal the control of dynamics of helicopter blades.

W pracy przedstawiono wyniki analizy modalnej lekkiej, cienkiej belki kompozytowej, jednostronnie utwierdzonej, z osadzonymi elementami aktywnymi. Na wstępie przeanalizowano belkę wzorcową – tj. wykonaną z laminatu żywiczno-szklanego bez elementów aktywnych. Następnie zbadano tę samą belkę z dodanym jednym, a w dalszej kolejności także z dwoma kompozytowymi elementami aktywnymi typu MFC (Macro Fiber Composite). Częstości i postacie drgań własnych badanych układów określono numerycznie za pomocą metody elementów skończonych – wykorzystano w tym celu oprogramowanie ABAQUS. Wyznaczono i zbadano 20 pierwszych postaci drgań zawierających zarówno mody giętne oraz skrętne, jak i jedną modę wzdłużną. Do oceny wpływu elementów aktywnych na uzyskane postacie drgań badanej belki wykorzystano kryterium dopasowania modalnego (ang. Modal Assurance Criterion, MAC). Zaprezentowana praca stanowi wstępny etap badań, których celem jest wyznaczenie optymalnego położenia elementów aktywnych sterujących dynamiką łopat wirnika śmigłowca.