Active vibration control and structural acoustic control for simple and complex structures

Abstract

Bu tezde, aktif titreşim kontrolü ve basit ve kompleks yapıların yapısal akustik kontrolü için yeni bir metodoloji geliştirilmiştir. Tezin ilk bölümünde, plaka benzeri yapılar üstünde sensör/actuator çiftlerinin, titreşim kontrolü için en optimal şekilde konumlandırılması üstüne çalışılmış ve aktif titreşim control performansı deneysel ve sayısal olarak incelenmiştir. Tezin ikinci bölümünde, yerel ve global titreşim kontrolü için yeni bir tasarım metodolojisi karmaşık geometrili ve karmaşık sınır koşullarına sahip üç boyutlu geometriye sahip bir yapı için geliştirilmiştir. . Yapının üzernde etkili bir titreşim sönümleme elde etmek için, yerel ve global performans kriterleri tanımlanmış ve sensör / aktüatör çifti pozisyonu ve kontrol parametreleri bir algorithma yaratılarak performans kriterleri çerçevesinde bulunmuştur. Örnek bir çalışma olarak, geliştirilen metodoloji motor montaj uzantılarının bağlandığı bir aracın ön panelindeki yapısal titreşimleri bastırmak için kullanılmıştır. Araç modeli, gerçek-boyutlu bir aracın sonlu eleman modeli kullanılarak oluşturulmuş ve yapısal frekans yanıtı analizleri, motor kaynaklı titreşimler varlığında elde edilmiştir. Elde edilen yapısal frekans cevapları sensör / aktüatör çiftinin yerleşiminin, yapının yerel ve küresel titreşimin sönümlemesi için optimizasyon çalışmalarında kullanılmış ve denetleyici parametrelerin optimal değerleri elde edilmiştir.Kontrolörcünün aktif ve inaktif durumlarında yapının frekans cevapları karşılaştırarak kontrolcünün titreşim sönümleme performansı yerel ve küresel durumlar için olarak gösterilmiştir.Bu tezin son bölümünde, karmaşık geometrisi ve karmaşık sınır koşulları bulunan üç boyutlu geometriye sahip bir yapı üstünde akti yapısal akustik kontrolcü sistem tasarımı için yeni bir yöntem sunulmuştur. Aktüatör / sensör'ün yapı üstündeki konumu ve kontrolcü parametreleri, kapalı bir akustik boşluk içerisindeki, gürültü bastırma performansını göz önünde tutan bir performans endeksi kullanılarak optimize edilmiştir. Aktivatör ve sensör konumu ile denetleyici parametre optimizasyonu seçilen frekans bantları içindeki gürültü azaltma seviyeleri göz önünde tutularak bulunmuştur. Örnek bir çalışma olarak, geliştirilmiş methodoloji, gerçek boyutlu bir aracın vibro-akustik simulasyon modeli üstünde gösterilmiştir.Analizler sonucunda karmaşık üç boyutlu yüzey üzerinde, optimize edilmiş kontrolcü parametreleri ve iyi bir konuma yerleştirilmiş sensör ve aktüatör çifti ile Panel üstündeki mekansal titreşimler sönümlenmiş,bu sayede kabin içine yayılan gürültü azaltılmış ve araç içindeki ses basıncı düzeylerinin azaltabildiği gösterilmiştir. Analizler ve simulasyonlar sonucunda, önerilen yöntemin karmaşık şekil ve sınır koşullarına sahip bir yapı üstünde aktif yapısal gürültü kontrolü tasarımı için uygulanabilir olduğu gösterilmiştir

In this thesis, a novel methodology is developed for active vibration control and structural acoustic control of simple and complex structures. In the first section, optimal positioning of collocated sensor/actuator pairs for vibration control of plate-like structures are investigated and performance of an active vibration controller is studied numerically and experimentally. In the second part of the thesis, a new design methodology for local and global vibration control system is developed for a 3D shell structure with complex geometry and complex boundary conditions. The objective of the local vibration control is to reduce vibration energy at the sensor location whereas the objective of the global vibration control is to reduce vibration over the entire structure. In order to achieve, effective vibration suppression of the structure, local and global performance indices are defined and used for the optimization of sensor/actuator pair position as well as the controller parameters. The methodology is applied to suppress vibrations on the front panel of a vehicle as a case study. A finite element model of the vehicle is built and used for the frequency response analysis in the presence of engine disturbances. Then, local and global optimization studies are carried out for positioning the sensor/actuator pair and parameter tuning of the controller. By comparing controller active and inactive cases, the vibration suppression performance of the controller is demonstrated locally and globally.In the final part of the thesis, a novel methodology is presented for design of an active structural acoustic control (ASAC) system on a complex 3D shell structure with complex geometry and complex boundary conditions. The actuator/sensor position and control parameters are optimized based on acoustic performance indices. As a case study, a vibro-acoustic model of a vehicle is used to present the developed methodology. It is shown that on a complex 3D surface, a well-positioned collocated sensor and actuator pair with optimized design parameters can suppress the vibration spatially on a complex shaped panel and therefore it can reduce the sound pressure level inside the passenger cabin. It is shown that the proposed methodology can be successfully applied for the structures that have complex shape and boundary conditions for noise suppression