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Investigación Numérica y Experimental del Diseño de un Sistema de Deshielo Piezoeléctrico para Pequeños Rotorcraft Parte 1/3: Desarrollo de un Modelo Numérico de Placa Plana con Validación Experimental

Autores: Villeneuve, Eric; Volat, Christophe; Ghinet, Sebastian

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2020

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Acceso abierto

Artículo científico
2020

Investigación Numérica y Experimental del Diseño de un Sistema de Deshielo Piezoeléctrico para Pequeños Rotorcraft Parte 1/3: Desarrollo de un Modelo Numérico de Placa Plana con Validación Experimental


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Proyecto de investigación
Actuador piezoeléctrico
Configuración experimental
Modelo numérico
Análisis de vibraciones
Capa de hielo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 15

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El objetivo de este proyecto de investigación se divide en cuatro partes: (1) diseñar un sistema de deshielo basado en actuadores piezoeléctricos integrado a un montaje experimental de placa plana y desarrollar un modelo numérico del sistema con validación experimental, (2) utilizar el montaje experimental para investigar la activación de los actuadores con barridos de frecuencia y análisis de vibraciones transitorias, (3) añadir una capa de hielo al modelo numérico y predecir numéricamente las tensiones para diferentes rompimientos de hielo con validación experimental, y (4) llevar el concepto a una estructura de pala para pruebas en túnel de viento. Este documento presenta el primer objetivo de este estudio. Primero, se realizó un análisis numérico preliminar para obtener pautas básicas para la integración de actuadores piezoeléctricos en un sencillo montaje experimental de placa plana para la investigación de deshielo basado en vibraciones. Los resultados de estas simulaciones permitieron optimizar la posición de los actuadores en la estructura y la fase óptima de los actuadores para la activación de modos. Se elaboró un modelo numérico del montaje final con los actuadores piezoeléctricos posicionados de manera óptima en la placa y mallados con elementos piezoeléctricos. Se realizó un análisis de frecuencia para predecir frecuencias resonantes y formas de modo, y se llevaron a cabo múltiples análisis dinámicos directos en estado estacionario para predecir desplazamientos de la placa plana cuando se excita con los actuadores. En esos análisis dinámicos en estado estacionario, se aplicaron condiciones de contorno eléctricas a los actuadores para excitar la vibración de la placa. El montaje se fabricó fiel al modelo numérico en el laboratorio con parches de actuadores piezoeléctricos adheridos a una placa plana de acero y grandes bloques sólidos utilizados para imitar una condición de contorno perfectamente fijada. El montaje experimental se llevó al Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC) para pruebas con un vibrómetro láser para validar los resultados numéricos. Los resultados experimentales validaron el modelo cuando la placa se excitó de manera óptima con un promedio de error del 20% y un error máximo obtenido del 43%. Sin embargo, cuando la placa no se excitó de manera eficiente para un modo, la predicción de los datos numéricos fue menos precisa. Esto no fue un problema ya que el modelo numérico se desarrolló para diseñar y predecir la excitación óptima de estructuras con fines de deshielo. Este estudio permitió desarrollar un modelo numérico de una simple placa plana y entender la fase óptima de los actuadores. El montaje experimental diseñado se utiliza en la siguiente fase del proyecto para estudiar vibraciones transitorias y barridos de frecuencia. El modelo numérico se utiliza en la tercera fase del proyecto añadiendo capas de hielo para la investigación de deshielo basado en vibraciones, con el objetivo final de desarrollar e integrar un sistema de deshielo con actuadores piezoeléctricos a una estructura de pala de rotor.

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