Przejdź do treści

OPUS 26

Granty

OPUS 26

Tytuł: Tłumienie drgań i pozyskiwanie energii z oscylatorów nieliniowych: nowatorskie pomysły, modelowanie, sterowanie i badania eksperymentalne

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

Nr decyzji: UMO-2023/51/B/ST8/00021

Okres realizacji: 2024-10-01-- 2028-09-30

Przyznane środki: 1 753 018 PLN 

Streszczenie: https://ncn.gov.pl/sites/default/files/listy-rankingowe/2023-09-15-akizood8c/streszczenia/600141-pl.pdf

Plan badań:

  1. Modelowanie matematyczne, analiza i sterowanie dynamiką bifurkacyjną układu mechanicznego z uderzeniami
  2. Analiza i sterowanie dynamiką bifurkacyjną układu mechanicznego poddanego działaniu nieliniowego tarcia i wymuszenia parametrycznego
  3. Badania parametrycznych i samowzbudnych drgań układu mechanicznego wystawionego na działanie pól elektrycznych i magnetycznych
  4. Modelowanie i dynamika układów sprzężonych oscylatorów wzbudzanych polem elektromagnetycznym i jego zastosowanie do aktywnej/pasywnej kontroli nad drganiami oraz odzyskiwaniem energii
  5. Analiza dynamiki układów z nieliniową sztywnością i sterowanych tłumieniem pochodzącymi od sprężyn magnetycznych i tłumików działających na zasadzie indukcji prądów wirowych
  6. Modelowanie i analiza układów wahadeł sprężynowych i o zmiennej długości ramienia wymuszanych okresowo zmiennym oddziaływaniem magnetycznym oraz odzyskiwanie energii w układach wahadeł o stałej długości ramienia
  7. Badanie dynamiki poziomych oscylatorów magnetycznych ze specyficznymi mechanicznymi sprężynami nieliniowymi
  8. Badania nad sterowaniem wahadłem magnetycznym do odzyskiwania energii oraz tłumienia drgań
  9. Badania nad odzyskiwaniem energii z elektromagnetycznych układów wahadeł podwójnych

Podsumowanie grantu:

Projekt naukowy dotyczy modelowania matematycznego, badań doświadczalnych, numerycznych i analitycznych złożonych układów mechanicznych/mechatronicznych mogących również występować w różnego rodzaju podzespołach maszyn i mechanizmów w przemyśle. Celem projektu jest opracowanie nowych koncepcji ograniczenia (tłumienia) drgań układów mechanicznych przy zastosowaniu oryginalnie skonstruowanych czujników/wzbudników drgań z wykorzystaniem elementów magnetycznych i elektromagnetycznych oraz pozyskiwanie energii z drgań.
Modelowanie matematyczne to matematyczny zapis wcześniej stworzonego modelu fizycznego, czyli pewnej wyidealizowanej koncepcji rzeczywistego zjawiska fizycznego. Prawidłowy model fizyczny pozwala badać, wyjaśniać i przewidywać zjawiska występujące w układzie rzeczywistym bez prowadzenia kosztownych, a czasem niemożliwych do zrealizowania badań doświadczalnych. Pozwala on również projektować i testować urządzenia techniczne, w tym układy sterowania, zanim zostaną one wykonane. W projekcie badamy układy mechaniczne z tarciem, uderzeniami, poddane działaniu pól elektrycznych i magnetycznych, czyli konfiguracje często występujące w praktyce przemysłowej.
W szczególności są to układy mechatroniczne, czyli układy mechaniczne z zaawansowanym sterowaniem i elementami magneto-elektrycznymi, opracowane i zbudowane w oparciu o wiedzę z mechaniki, fizyki, mechatroniki, elektroniki i informatyki. W układach tego typu mogą występować dotąd niepoznane nieliniowe zjawiska dynamiczne (wstępne badania wskazują na ich istnienie), w tym różne scenariusze bifurkacyjne, czyli nagłe zmiany zachowań dynamicznych pod wpływem bardzo niewielkich zmian parametrów układu lub niewielkich zmian w otaczającym środowisku. Mogą to być zjawiska niebezpieczne, których należy uniknąć, na przykład poprzez odpowiednie zaprojektowanie urządzenia lub jego sterowanie. Mogą one jednak zostać również wykorzystane, na przykład w układach odzyskujących energię z drgań. Z tego względu wymagają one dobrego poznania i zrozumienia, co jest możliwe poprzez opracowanie ich modeli matematycznych, a następnie ich walidację doświadczalną.
Projekt obejmuje następujące zadania badawcze:
(1) Modelowanie matematyczne, analiza i kontrola dynamiki bifurkacji układów mechanicznych pod wpływem uderzeń;
(2) Analiza i kontrola dynamiki bifurkacji układów mechanicznych/mechatronicznych poddanych tarciu nieliniowemu i wymuszeniom parametrycznym;
(3) Drgania parametryczne i samowzbudne układów mechanicznych poddanych działaniu pól elektrycznych i magnetycznych;
(4) Modelowanie i dynamika układu oscylatorów sprzężonych polem elektromagnetycznym i jego zastosowanie do pasywnego/aktywnego sterowania (łagodzenia i tłumienia) drgań oraz pozyskiwania energii;
(5) Dynamika układów o nieliniowej sztywności i kontrolowanych efektach tłumienia pochodzących od sprężyny magnetycznej i tłumika wiroprądowego;
(6) Modelowanie i analiza układów wahadłowych o stałej długości ze sprężynami i o zmiennej długości, wymuszonych okresowym wzbudzeniem magnetycznym i pozyskiwanie energii z drgań;
(7) Dynamika poziomych oscylatorów magnetycznych ze specjalnymi nieliniowymi mechanizmami
sprężynowymi;
(8) Przestrajalne wahadło magnetyczne do gromadzenia energii i łagodzenia efektów drgań;
(9) Pozyskiwanie energii przy użyciu konfiguracji podwójnego wahadła elektromagnetycznego.
Tematyka projektu została podjęta ze względu na jej potencjalne walory poznawcze i czysto naukowe, ale również możliwe zastosowania w przemyśle. Rozwój nauki i techniki wymaga dopasowania i wzajemnego sprzężenia zwrotnego obu tych dziedzin, aby zagwarantować wysoki standard życia naszej cywilizacji. W dzisiejszych czasach złożoność dynamicznego zachowania systemów i procesów w świecie rzeczywistym wciąż wymaga nowatorskich podejść metodologicznych obejmujących interdyscyplinarną wymianę pomysłów i dedykowanych technik i technologii mających na celu dogłębne, wysokopoziomowe modelowanie dynamiki procesów. Dokonany przegląd istniejących badań naukowych i ich wyników poświęconych problemom, których dotyczy ten projekt, wskazuje na potrzebę krytycznego przeglądu istniejących metod badań oraz kontynuacji i rozszerzenia wiedzy
o zaproponowane w projekcie badania.

Artykuły:

  • M. Bednarek, B. Balaram, J. Awrejcewicz, 'A tunable electromagnetic stiffness with bistable, hardening and softening characteristics, Mechanical Systems and Signal Processing, 2025, 230, 112577 (IF=7.9)  [200] 

  • A. Wijata, J. Awrejcewicz, K. Witkowski, 'Anisotropic vs. isotropic friction: New theoretical results verified experimentally exhibited by a horizontal pendulum on the rotating disk', Mechanism and Machine Theory, 2025, 209, 106004 (IF=4.5)  [200]

Komunikaty konferencyjne:

  • .......................

Rozstrzygnięte konkursy: lista konkursów