A numerical and experimental approach to implement active vibration control for complex structures: A demonstration on a vehicle

Günümüzde müşterilerin daha konforlu ve sessiz araçlar talep etmeleri, otomotiv üreticilerini titreşim, gürültü ve sertlik (NVH) karakteristiğini iyileştirmek adına yeni modellerde ileri teknolojilere yönelmelerini sağlamıştır. Buna ek olarak otomotiv üreticileri, gereken NVH karakteristiğini sağlarken, pazarda rekabetçi konumda bulunabilmek adına ağırlık hedeflerinden de sapmamaları gerekmektedir. Kütle-damper mekanizması, sönümleme pedleri ve ağır akustik paketler gibi geleneksel pasif uygulamaların aksine, düşük ağırlığa sahip piezoelektrik yamalar kolaylıkla araç paneline entegre edilip dış tahriklerden dolayı meydana gelen titreşimleri aktif yöntemlerle sönümleyebilmektedir. Literatürdeki aktif titreşim kontrolü (AVC) çalışmaları genelde basit geometriye ve elverişli sınır koşullarına sahip panellerde gerçekleştirilmiştir. Fakat gerçek hayatta yapılar, literatürdeki basit plaka ve kirişlere kıyasla oldukça karmaşık geometrilere sahiptir. Ayrıca sınır koşulları da önceden belirlenmiş şekilde elverişli değildir. Bu tezde nümerik ve deneysel çalışmalar birleştirilerek elde edilen aktif titreşim kontolü yöntemiyle, karmaşık sistemler üzerindeki istenmeyen titreşimlerin önlenmesi sağlanmaktadır. Bu tez kapsamında ilk olarak, geliştirilen yöntem karmaşık geometriye sahip, zorlu sınır koşulları ve geometrik kısıtları olan temsili araç düzeneğinde laboratuvar ortamında gerçekleştirilmiştir. Aktif titreşim kontrolünde kullanılacak sensör/aktüatör çiftlerinin karmaşık yapı üzerindeki ideal lokasyonları, doğrulanmış sonlu elemanlar modeli (FEM) kullanılarak nümerik olarak belirlenmiştir. İdeal olan konumlandırma gerçekleştikten sonra, kontrolcü parametrelerinin (damping ve gain) değerleri deneysel tasarım (DOE) tekniği kullanılarak farklı seviyelerde denenmiş ve ideal kontrolcü parametreleri bulunmuştur. Dizayn parametreleri ile kontrolcü perfromansı arasındaki ilişki Cevap Yüzeyi Yöntemi (RSM) yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmadaki titreşim sönümleme performansı iki kriter üzerinden değerlendirilmiştir: hedef frekanstaki titreşim genliği indirgemesi ve geniş frekans bandında enerji azaltımı. Yukarıdaki kriterler temel alınarak tek amaçlı (single objective) ve çok amaçlı (multi-objective) optimizasyonlar gerçekleştirilmiştir. Son olarak, karmaşık geometriye sahip düzenekte elde edilen çıktılar ve yapılan çalışmalar, araç seyir halindeyken gerekecek ekstra donanımlar ve güç kısıtlamaları üzerine çalışılarak gerçek araç seviyesinde genişletilmiştir. Bu bölümdeki deneylerin sonuçlarına göre, geliştirilen aktif titreşim kontrolü yönteminin karmaşık sistemler üzerindeki istenmeyen titreşimleri etkili bir biçimde indirgeyebildikleri saptanmıştır. Ayrıca, bu tezde sunulan yöntemin uzay ve gemi endüstrisi gibi diğer disiplinlere de uygun olduğu düşünülmektedir.