Kursplan för Strukturdynamik - vibrationskontroll

Kursplan fastställd 2021-02-17 av programansvarig (eller motsvarande).

Kursöversikt

  • Engelskt namnStructural dynamics control
  • KurskodTME146
  • Omfattning7,5 Högskolepoäng
  • ÄgareMPAME
  • UtbildningsnivåAvancerad nivå
  • HuvudområdeAutomation och mekatronik, Maskinteknik, Samhällsbyggnadsteknik
  • InstitutionMEKANIK OCH MARITIMA VETENSKAPER
  • BetygsskalaTH - Mycket väl godkänd (5), Väl godkänd (4), Godkänd (3), Underkänd

Kurstillfälle 1

  • Undervisningsspråk Engelska
  • Anmälningskod 03123
  • Max antal deltagare40
  • Blockschema
  • Sökbar för utbytesstudenterJa

Poängfördelning

0112 Tentamen, del A 4,5 hp
Betygsskala: TH		 4,5 hp
  • 11 Jan 2023 em J
  • 04 Apr 2023 fm J
  • 17 Aug 2023 fm J
0212 Laboration, del B 3 hp
Betygsskala: UG		 3 hp

I program

Examinator

Gå till kurshemsidan (Öppnas i ny flik)

Behörighet

Grundläggande behörighet för avancerad nivå
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Särskild behörighet

Engelska 6
Sökande med en programregistrering på ett program där kursen ingår i programplanen undantas från ovan krav.

Kursspecifika förkunskaper

Grundläggande kunskaper i mekanik, speciellt dynamik för partiklar och stela kroppar i plan rörelse, kännedom om tillståndsmodeller och reglerteknik.

Syfte

Strukturdynamik och vibrationskontroll är viktigt i fordon, tåg och farkost industrier, maskiner och mekanismer, robotteknik, biomekanik och anläggning. Kursen syftar till att ge kunskap om moderna metoder och koncept för passiv, semiaktiv och aktiv vibrationskontroll, för att skapa en bro mellan strukturdynamik och reglerteknik. Den här kursen ger en överblick över potentialen i smarta material, (magnetoreologiska vätskor, magnetostriktiva och piezoelektriska material), för utveckling av sensorer och ställdon för vibrationskontroll. Fokus i projektdelen av kursen är på experimentell validering av praktiska metoder, det vill säga metoder som fanns att faktiskt arbeta effektivt för passiva och/eller aktiva vibrationskontroll. Kursen förbereder studenterna för att använda datainsamlings hårdvara och mjukvara för mätning, signalbehandling och vibrationskontroll.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

-Härleda ekvationerna och lösa vibrationsdynamiska problem för styrda flerkroppssystem med fjädrar, dämpare och bussningar;

-Skapa matematiska modeller och beräkningsmodeller för strukturdynamiska applikationer;

-Analysera vibrationsdynamik och dynamisk respons av strukturer för olika dämpningskoncept och extern excitering;

-Förklara i detalj de grundläggande principer på vilka metoder för strukturell dynamikkontroll baserar sig på och välja lämplig styrstrategi för speciella tillämpningar;

-Formulera och lösa passiva, semiaktiva och aktiva strukturdynamiska kontrollproblem för vibrerande mekaniska system;

-Utvärdera vibrationskontrollösningar experimentellt med hjälp av testriggar med modern datainsamlingshårdvara (CompactDAQ, CompactRIO) och mjukvara (LabVIEW, Matlab/Simulink);

-Förstå, förklara och tillämpa fysiken bakom semiaktiva och aktiva strukturdynamikska styrlösningar baserade på sensorer av smartamaterial och ställdonsteknik (magnetostriktiva och piezoelektriska material);

-Genomföra strukturella dynamikanalyser och designa vibrationskontrollstrategier för vibrerande system med tillämpningar inom fordonsindustrin (chassi- och drivlineupphängningar), järnvägsindustri (boggi i höghastighetståg), vindkraftsindustri (vindkraftverks drivlinesystem), anläggningsarbeten;

-Beskriva hur vibrationer kan användas till fördel i vissa applikationer. Förklara de grundläggande principerna för energiomvandling från vibrationer till elektrisk energi med hjälp av smarta material;

-Visa förmåga att arbeta i projektgrupp och samarbeta i grupper med olika sammansättning.

Innehåll

Kursens består av följande delar.

Inledning: Kompletterande matematik och mekanik för strukturdynamikkontroll. Modellering av strukturdynamik och analys. Smarta strukturer och aktiv kontroll av strukturdynamik.

Passiv kontroll i strukturdynamik: Vibrationskontroll genom parameteroptimering. Avstämd massdämparteknik. Vibrationsisolering. Dynamiska vibrationsdämpare.

Feedbackkontroll och stabilitet: Lyapunovstabilitet av dynamiska system.  Lyapunovs ekvation. Routh - Hurwitz kriterium.

Semiaktiv styrning inom strukturdynamiken: Styrd styvhet/ dämpningsbaserad semiaktiv vibrationskontroll. Kontinuerliga och on-off skyhook kontrollstrategier för semiaktiv strukturell kontroll. Smarta material för aktiva strukturer. Teknik för magneto-reologisk vätska för semiaktiv reglering.

Aktiv styrning i strukturdynamik: LQR optimering och aktiv vibrationskontroll. Variationskalkyl för optimal strukturell dynamikkontroll. Metoden med första integraler för aktiv vibrationskontroll. Pontryagins maximalprincipen för optimal strukturell dynamikkontroll.

Användbara vibrationer: Magnetostriktiva och piezoelektriska tekniker för energiomvandling från vibrationer till elektrisk energi.

Användningsområden: vibrationskontroll i fordonsteknik; vindkraftverks drivlinedynamik, vibrationskontroll i höghastighetståg, magnetostriktiva sensorer, ställdon och elektriska generatorer för aktiva strukturer, självförsörjande strukturella hälsoövervakningssystem, andra.

Datoruppgifter och labbprojekt:  Ämnena kommer att relatera till kursföreläsningar samt pågående forskningsprojekt vid Avdelningen för dynamik med industriella partners (Volvo GTT, Scania, SWPTC, RISE, m.fl.).

Kursplan är kopplat mot FN:s Globala hållbarhetsmål. Kunskap inom optimering av styrning och design av moderna tekniska system för att minska systemet vikt, energiförbrukning, vibrationer, mm, ger stark förmåga till alla att bidra till Globala hållbarhetsmål, t ex till Hållbar industri, innovationer och infrastruktur (No. 9) samt till Hållbar energi för alla (No.7).

Organisation

Kursen kommer att bestå av följande aktiviteter: föreläsningar med integrerade räkneövningar, datoruppgifter på vibrationsdynamik och kontroll med MATLAB/Simulink, och labb-projekt på experimentell validering av metoder för vibrationskontroll.

Litteratur

Berbyuk V., Structural Dynamics and Control, Lecture Notes, Department of Mechanics and Maritime Sciences, Chalmers.

Datoruppgifter och LabProject in Vibration Control, Hands-On, Department of Mechanics and Maritime Sciences, Chalmers 2021.

Introduction to LabVIEW and Computer-Based Measurements, National Instruments, 2018.

Kompendium kommer att finnas tillgängliga före kursstart till rimliga studentpriser.

Examination inklusive obligatoriska moment

Laboratory (Projektrapport) (3,0 hp), skriftlig tentamen (4,5 hp).

Kursens examinator får examinera enstaka studenter på annat sätt än vad som anges ovan om särskilda skäl föreligger, till exempel om en student har ett beslut från Chalmers om pedagogiskt stöd på grund av funktionsnedsättning.