OPUS 14

Tytuł: Modelowanie i dynamika nieliniowa układów magneto-elektro-mechanicznych

Kierownik grantu: prof. dr hab. inż. Jan Awrejcewicz

Nr decyzji: UMO-2017/27/B/ST8/01330

Okres realizacji: 2018-08-31– 2021-08-30

Przyznane środki: 1 899 270 PLN

Streszczenie: https://www.ncn.gov.pl/sites/default/files/listy-rankingowe/2017-09-15/streszczenia/391574-pl.pdf

Plan badań:

1. (A) Pojedyncze wahadło fizyczne z oddziaływaniami magnetycznymi
2. (B) Magnetycznie wymuszane wahadła sprzężone
3. (C) Magnetycznie wzbudzane wahadła sprzężone poddane wymuszeniu w postaci zmiennego kąta nachylenia platformy wahadeł
4. (D) Płaskie podwójne wahadło z oddziaływaniami magnetycznymi
5. (E) Wahadło napędzane silnikiem prądu stałego za pośrednictwem mechanizmu korbowo-wodzikowego poddane oddziaływaniom magnetycznym
6. (F) Wieloparametryczny oscylator oparty na trójfazowym bezrdzeniowym silniku liniowym
7. (G) Konstrukcja i modelowanie matematyczne sprężyn magnetycznych
8. (H) Badanie stabilności silnika krokowego
9. (I) Dynamika nieliniowa układów wahadeł sprężystych umieszczonych w polach grawitacyjnym, elektrostatycznym i magnetycznym
10. (J) Parametryczne wahadło magnetyczne

Podsumowanie grantu:

Projekt dotyczy matematycznego modelowania, badań numerycznych, analitycznych i doświadczalnych dynamiki nieliniowej układów mechanicznych poddanych działaniu pól magnetycznych i elektrycznych. Opierając się na już zbudowanych stanowiskach eksperymentalnych i doświadczeniu wnioskodawców w obszarze metod dynamiki nieliniowej i sterowania, planuje się wypełnić niektóre luki w wiedzy z pogranicza takich obszarów nauki jaki mechanika, elektrotechnika, elektronika, automatyka i sterowanie.

Projekt składa się z kilku problemów reprezentowanych przez różne stanowiska doświadczalne: (A) pojedyncze wahadło fizyczne z oddziaływaniami magnetycznymi (budowa i testowanie zredukowanych modeli oddziaływań magnetycznych odpowiednich do szybkich i realistycznych symulacji oraz sterowania); (B) magnetycznie wymuszane wahadła sprzężone (dalsze rozwijanie matematycznych modeli oddziaływań magnetycznych i ich wykorzystanie w badaniu dynamiki nieliniowej wahadeł sprzężonych); (C) magnetycznie wzbudzane wahadła sprzężone poddane wymuszeniu w postaci zmiennego kąta nachylenia platformy wahadeł (problematyka sterowania układem wahadeł za pomocą tłumienia parametrycznego, kątem przechylenia platformy lub oddziaływaniami magnetycznymi); (D) płaskie podwójne wahadło z oddziaływaniami magnetycznymi (dalsza rozbudowa modeli matematycznych sił magnetycznych uogólnionych do układu o 2 stopniach swobody i jego wykorzystanie w badaniu i sterowaniu dynamiki nieliniowej podwójnego wahadła poprzez oddziaływania magnetyczne); (E) wahadło napędzane silnikiem prądu stałego za pośrednictwem mechanizmu korbowo-wodzikowego poddane oddziaływaniom magnetycznym (analiza wzajemnego oddziaływania dynamiki wahadła i silnika DC jako nieidealnego źródła energii oraz sterowanie dynamiką bifurkacyjną układu poprzez dodatkowe oddziaływania magnetyczne); (F) wieloparametryczny oscylator oparty na trójfazowym bezrdzeniowym silniku liniowym (budowa zredukowanych modeli matematycznych pola magnetycznego maszyn elektrycznych i innych urządzeń, gdzie oddziaływania magnetyczne ogrywają istotną rolę); (G) konstrukcja i modelowanie matematyczne sprężyn magnetycznych (budowa i badanie eksperymentalne i symulacyjne sprężyn magnetycznych oraz układu szeregowego oscylatora o wielu stopniach swobody z wykorzystaniem sprężyn z cewkami magnetycznymi do sterowania dynamiką bifurkacyjną i przepływem energii); (H) badanie stabilności silnika krokowego (modelowanie i analiza dynamiki nieliniowej silników krokowych); (I) dynamika nieliniowa układów wahadeł sprężystych umieszczonych w polach grawitacyjnym, elektrostatycznym i magnetycznym (badanie wielokrotnych rezonansów, antyrezonansów, synchronizacji, przepływów energii pomiędzy oscylatorami, przejść od ruchu regularnego do chaotycznego, analiza asymptotyczna rozwiązań nieustalonych rożnych konfiguracji oscylatorów, w tym zawierających wzbudzenie „sklejenie-poślizg”); (J) parametryczne wahadło magnetyczne (detekcja rezonansów metodami numerycznymi i analitycznymi).

Współczesny rozwój nauki i technologii wymaga interdyscyplinarnego podejścia zarówno podczas badań o charakterze czysto naukowym jak i prac nad rozwojem nowych technologii. Złożoność świata rzeczywistego i systemów rzeczywistych powoduje konieczność nowych metodologii i podejść opartych na interdyscyplinarnej wymianie idei, pomysłów i konfrontacji różnych gałęzi nauki (mechaniki, fizyki, matematyki stosowanej, elektromechaniki i elektrotechniki, automatyki i teorii sterowania) podczas tworzenia modeli matematycznych procesów i ich sterowania.

Dokonany przegląd literatury dowodzi, że podjęty w projekcie temat jest aktualny i o dużym znaczeniu zarówno z punktu widzenia czystej nauki, jak i potencjalnych zastosowań. Proponowana tematyka badawcza obejmuje grupę powiązanych ze sobą problemów ilustrujących oryginalne podejście metodologiczne mające na celu wypełnienie luk i usunięcie niepewności w wiedzy dotyczącej nieliniowej dynamiki układów magnetoelektro-mechanicznych. Należy podkreślić, że projekt ma na celu badania podstawowe dotyczące dynamiki nieliniowej z wykorzystaniem koncepcji pochodzących z mechaniki, mechatroniki i fizyki.

Artykuły:

• M. Wojna, A. Wijata, G. Wasilewski, J. Awrejcewicz, ''Numerical and experimental study of a double physical pendulum with magnetic interaction'', Journal of Sound and Vibration, 2018, 430, 214-230 (IF=2.593).
• K. Polczyński, A. Wijata, G. Wasilewski, J. Awrejcewicz, ''Numerical and experimental study of dynamics of two pendulums under a magnetic field'', Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2019, 233(4), 441-453 (IF=0.988). [40]
• S. Skurativskyi, G. Kudra, G. Wasilewski, J. Awrejcewicz, ''Properties of impact events in the model of forced impacting oscillator: experimental and numerical investigations'', International Journal of Non-Linear Mechanics, 2019, 113, 55-61 (IF=2.163). [100]
• K. Witkowski, G. Kudra, G. Wasilewski, J. Awrejcewicz, ''Modelling and experimental validation of one-degree-of-freedom impacting oscillator'', Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, 2019, 233(4), 418-430 (IF=0.988). [40]
• S. Skurativskyi, G. Kudra, K. Witkowski, J. Awrejcewicz, ''Bifurcation phenomena and statistical regularities indynamics of forced impacting oscillator'', Nonlinear Dynamics, 2019, 98(3), 1795-1806 (IF=4.339). [140]
• A.A. Zafar, G. Kudra, J. Awrejcewicz, ''An investigation of Fractional Bagley Torvik equation'', Entropy, 2020, 22(28), e22010028 (IF=2.419). [100]
• G. Litak, A. Syta, G. Wasilewski, G. Kudra, J. Awrejcewicz, ''Dynamical response of a pendulum driven horizontally by a DC motor with a slider-crank mechanism'', Nonlinear Dynamics, 2020, 99, 1923-19-35 (IF=4.339). [140]
• C. Fetecau, A.A. Zafar, D. Vieru, J. Awrejcewicz, ''Hydromagnetic flow over a moving plate of second grade fluids with time fractional derivatives having non-singular kernel'', Chaos, Solitons and Fractals, 2020, 130, 109454 (IF=3.064). [70]
• J. Awrejcewicz, L. Kurpa, T. Shmatko, ''Application of the R- functions in free vibration analysis of FGM plates and shallow shells with temperature dependent properties'', ZAMM, 101(3), 2020, e202000080 (IF=1.467) [70]
• M.K. Abohamer,  J. Awrejcewicz, T.S. Amer 'Modeling and analysis of a piezoelectric transducer embedded in a nonlinear damped dynamical system', Nonlinear Dynamics, 2023, 111, 8217-8234 (IF=4.339) [140]

Artykuły konferencyjne:

• E. Ogińska, K. Polczyński, D. Grzelczyk, J. Awrejcewicz, ''Numerical and experimental investigations of dynamics of magnetic pendulum with an aerostatic bearing'', Abstracts of the 15th International Conference on ''Dynamical Sytems - Theory and Applications'', Łódź, Poland, December 2-5, 2019, 340.

Rozdziały w książkach:

• K. Polczyński, A. Wijata, J. Awrejcewicz, ''Theoretical and numerical analysis of different modes in a system of a “kicked” magnetic pendulum'', in: Theoretical Approaches in Non-Linear Dynamical Systems, (Eds.) J. Awrejcewicz, M. Kaźmierczak, J. Mrozowski, Lodz University of Technology, Lodz, 2019, 431-440 (ISBN 978-83-66287-29-7).
• E. Ogińska, K. Polczyński, D. Grzelczyk, J. Awrejcewicz, ''Numerical and experimental investigations of dynamics of magnetic pendulum with an aerostatic bearing'', in: Applicable Solutions in Non-Linear Dynamical Systems, (Eds.) J. Awrejcewicz, M. Kaźmierczak, P. Olejnik, Lodz University of Technology, Lodz, 2019, 375-386 (ISBN 978-83-66287-30-3).
• A.A. Zafar, J. Awrejcewicz, ''On the dynamics of blood through the circular tube along with magnetic properties'', in: Applicable Solutions in Non-Linear Dynamical Systems, (Eds.) J. Awrejcewicz, M. Kaźmierczak, P. Olejnik, Lodz University of Technology, Lodz, 2019, 547-558 (ISBN 978-83-66287-30-3).
• K. Polczyński, A. Wijata, G. Wasilewski, G. Kudra, J. Awrejcewicz, ''Modelling and analysis of bifurcation dynamics of two coupled pendulums with a magnetic forcing'', in: IUTAM Symposium on Exploiting Nonlinear Dynamics for Engineering Systems, (Eds.) I. Kovacic, S. Lenci, Springer International Publishing, 2020, 213-223 (ISBN 978-3-030-23691-5).

Rozstrzygnięte konkursy: lista konkursów