Inżynieria mechaniczna

Dyscyplina naukowa: Inżynieria mechaniczna

Tematy: 1) Odzyskiwanie energii z nieliniowych układów drgających wykazujących kilka stanów równowagi; 2) Drgania nieliniowe oraz sterowanie struktur kompozytowych z osadzonymi elementami aktywnymi

Topics: 1) Energy harvesting from oscillating nonlinear structures possessing several potential wells; 2) Nonlinear vibrations and control of composite structures with embedded active elements

Promotor: Prof. dr hab. inż. Jerzy Warmiński

Email: j.warminski@pollub.pl

Opis

W ramach pierwszego tematu prowadzona będzie analiza drgań nieliniowych wybranych struktur kompozytowych lub wykonanych z materiałów klasycznych. Badane będą powłoki kompozytowe oraz numeryczne modele powłok o specjalnej geometrii wykazującej kilka stanów równowagi, a następnie zbadane zostaną możliwe stany równowagi statycznej i dynamicznej. Następnie do powłoki dodany zostanie piezo-element wraz z systemem elektronicznym umożliwiającym sterowanie drganiami lub odzyskiwanie energii z oscylacji. 

W drugim temacie analizowane będą drgania belek w tym w zastosowaniu do struktur wirujących. Badany będzie model wirnika śmigłowca w którym również wykorzystane zostaną elementy aktywne do redukcji drgań wirujących łopat. Zbudowany zostanie model wirującej pojedynczej belki oraz całego wirnika z dwoma lub trzema belkami (łopatami). Przeprowadzona będzie analiza drgań własnych i wymuszonych wirnika w wybranych stanach obciążenia oraz różnych prędkościach kątowych. Analizowane będą efekty lokalizacji i synchronizacji drgań łopat wirnika. 

Badania prowadzone będą metodami numerycznymi w tym metodą elementów skończonych, w systemie Matlab lub Mathematica oraz z wykorzystaniem własnych procedur numerycznych. Ponadto w wybranych przypadkach zastosowane zostaną metody analityczne. Wyniki badań teoretycznych weryfikowane będą w laboratorium dynamiki i wytrzymałości materiałów Katedry Mechaniki Stosowanej na dedykowanych stanowiskach badawczych z wykorzystaniem nowoczesnych systemów do pomiarów drgań. 

Planowane jest złożenie projektu badawczego do NCN w którym doktorant pełnił będzie funkcję wykonawcy. Przewidywana jest intensywna współpraca z ośrodkami zagranicznymi z Włoch, Wielkiej Brytanii, Bułgarii, Francji.  

Słowa kluczowe: dynamika, drgania nieliniowe, odzyskiwanie energii, sterowanie

Description:

Nonlinear vibrations of selected composite structures or structures made of classical materials will be analysed within the first offered subject. Composite shells with a specific geometry design will be modelled numerically to determine existence of a few possible equilibria and then corresponding dynamic steady states. Next, a piezo element will be embedded to the shell and equipped in electronic system for vibration control or energy harvesting.  

Parametric and self-excited vibrations of rotating structures will be studied in the second subject. A model of a helicopter rotor or wind turbine blades with embedded active elements to reduce vibrations of rotating blades will be elaborated.  A model of a rotating single bade and a complete rotor with two or three blades will be created. Analysis of natural and forced vibrations for selected loadings, angular speeds and resonance states will be performed. The effects of localisation and synchronisation of rotating blades will be studied in detail. 

In both subjects the analysis will be performed by a finite element method, in Matlab or Mathematica packages and with an use of own numerical procedures. In some cases analytical methods will be applied for reduced models described by partial or ordinary differential equations. Theoretical results will be tested in laboratory of structural mechanics and dynamics of the Department of Applied Mechanics with the use of dedicated systems for static and dynamic measurements. 

It is planned to submit a research project to NCN in which the PhD student will be the main investigator. Also, intensive collaboration with foreign partners from Italy, Great Britain, Bulgaria, France is planned.  

Keywords: dynamics, nonlinear vibrations, energy harvesting, control