Development of the structural model for a thin walled open profile rectangular cantilever beam with longitudinally embedded piezoelectric
No Thumbnail Available
Files
Date
2015-06
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Bahçeşehir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü
Abstract
Morphing blade can change shape and adapt to various operating conditions, resulting
in more efficient wing operation. In addition, shape control can be used for active
vibration suppression, thereby improving the service life of the blade. In this thesis, a
thin walled, open rectangular profile beam is used as a simplified model of morphing
wind turbine blades. Piezoelectric strips are assumed to be embedded to the outer
surface of the beam for shape and vibration control. An analytic elastic structural model
of the beam is developed based on the coupled flexural-torsional model using energy
approaches. A general model for the interaction between the beam and the piezoelectric
strips is assumed. Due to the shortcomings of this interaction model, two equivalent
models are developed. The analytic results obtained from the structural model are
compared and validated with the results obtained from a numerical finite element
software.
Değişken ortam koşullarına uygun olarak şekil değiştirmesi, türbin kanatlarının performansını arttırabilmektedir. Bunun yanı sıra, şekil kontrolü ile aktif titreşim sönümlemesi yapılarak kanatların ömürleri uzatılabilmektedir. Bu tezde, şekil değiştirebilen rüzgar türbin kanatlarını modellemek için ince cidarlı, açık ve dikdörtgen kesitli bir kirişin çözümsel modelin geliştirilmiştir. Şekil ve titreşim kontrolünün, kirişin yüzeyine yapıştırılan piezoelektrik şeritler vasıtası yapılacağı varsayılmıştır. Literatürde yer alan benzer çalışmalardan farklı olarak kirişin bağlaşık bükülgen-burulma kuramı dayalı elastik yapısal modeli enerji yöntemleri kullanılarak geliştirilmiştir. Kirişin yüzeyine yapıştırılan piezoelektrik şeritlerin elektromekanik davranışı ve şeritlerin kiriş ile etkileşimi için genel bir matematiksel model kullanılmıştır. Bu genel modelin eksikliklerini telafi edebilmek için iki farklı eşdeğer kiriş kesit modeli geliştirilmiştir. Matematiksel modeller üzerinden elde edilen çözümlemeler, sonlu elemanlar yazılımı ile sayısal olarak doğrulanmıştır.
Değişken ortam koşullarına uygun olarak şekil değiştirmesi, türbin kanatlarının performansını arttırabilmektedir. Bunun yanı sıra, şekil kontrolü ile aktif titreşim sönümlemesi yapılarak kanatların ömürleri uzatılabilmektedir. Bu tezde, şekil değiştirebilen rüzgar türbin kanatlarını modellemek için ince cidarlı, açık ve dikdörtgen kesitli bir kirişin çözümsel modelin geliştirilmiştir. Şekil ve titreşim kontrolünün, kirişin yüzeyine yapıştırılan piezoelektrik şeritler vasıtası yapılacağı varsayılmıştır. Literatürde yer alan benzer çalışmalardan farklı olarak kirişin bağlaşık bükülgen-burulma kuramı dayalı elastik yapısal modeli enerji yöntemleri kullanılarak geliştirilmiştir. Kirişin yüzeyine yapıştırılan piezoelektrik şeritlerin elektromekanik davranışı ve şeritlerin kiriş ile etkileşimi için genel bir matematiksel model kullanılmıştır. Bu genel modelin eksikliklerini telafi edebilmek için iki farklı eşdeğer kiriş kesit modeli geliştirilmiştir. Matematiksel modeller üzerinden elde edilen çözümlemeler, sonlu elemanlar yazılımı ile sayısal olarak doğrulanmıştır.
Description
Keywords
Morphing blades, Open profile, Piezoelectric, Coupled flexural-torsional model, Değişken şekilli kanat, Açık kesitli profil, Piezoelektrik, Bağlaşık bükülgen-burulma modeli