Optimal Placement of Collocated Sensors and Actuators in FRP Composites Substrate

In this thesis, Multi-Objective method is used for optimal placement of Collocated Sensors and Actuator, using integrated Genetic Algorithm. Optimal placement of piezoelectric sensors and actuators in a cantilever beam is found out by maximizing the controllability index and also observability index. First mode vibration is only considered for the present case. Finite element formulation for shell structure was used for the beam analysis by making the radius infinite, which results to the formulation for plate analysis. The cantilever beam was divided into twenty equal sections, where the piezoelectric material can be placed. In the present study four sensors and four actuators has been considered for collocated system. For non-collocated system four sensors was only considered. Results obtained from the work shows that the location for placement of piezoelectric material for non-collocated system is same as that obtained from multi-objective collocated system. Hence it can be deduced, it is not needed to find out the location for sensors and actuators separately rather controllability index for both can be found out together by using multi-objective collocated formulation

Optimização da posição de dispositivos piezoeléctricos para alteração de forma de componentes aeronáuticos

Desde o início da aviação, o flutter é um dos principais factores que restringem o envelope de voo. De forma a combater esta instabilidade aeroelástica foram desenvolvidos métodos de supressão activos e passivos. As soluções passivas para além de aumentar o peso da estrutura, só são focalizadas para uma certa zona da estrutura. A supressão activa de flutter tem como objectivo melhorar a precisão de actuação, bem como a energia necessária que cada actuador necessita, onde a mudança de forma é um dos métodos mais eficazes. Assim, este trabalho foca-se na mudança de forma de uma placa de alumínio encastrada, onde o objectivo do trabalho é determinar a melhor localização dos actuadores (piezoeléctricos), de maneira a que se consiga maximizar os valores da deflexão na ponta livre da placa à flexão e à torção, para vários conjuntos de piezoeléctricos. A metodologia empregue para a realização deste trabalho foi a seguinte: utiliza-se um algoritmo genético que vai “procurar” a melhor posição para cada piezoeléctrico; encontrada essa posição, transmite-a para o software de elementos finitos, Abaqus™, que vai calcular o deslocamento da ponta da placa; calculado o deslocamento, o Abaqus™ transmite ao algoritmo o valor deste mesmo, onde este irá guardar o valor e a posição, assim como indicar uma nova posição para calcular o deslocamento, e assim sucessivamente até se encontrar a melhor posição para cada piezoeléctrico. Foram encontradas as melhores posições para um conjunto de seis, cinco, quatro e dois piezoeléctricos, à torção e à flexão. Os resultados obtidos neste trabalho constituem uma importante base de partida para outras investigações futuras.From the beginning of aviation, flutter is one of the main factors that constrain the flight envelope of aircraft. In order to counter this aeroelastic instability, active and passive suppression methods have been developed. Passive solutions in addition to increasing the weight of the structure are only focused on a certain area of the structure. The active suppression of flutter is aimed at improving the accuracy of actuation of actuators, as well as the energy required that each actuator need, where the shape change is one the most effective methods. This work focuses on changing shape of a cantilever aluminum plate, where the aim of the study is to determine the best location of actuators (piezoelectric), so that they can maximize the deflection values on the free end of the plate to bending and to torsion, for various sets of piezoelectric. The methodology used for this work was the following: a genetic algorithm is used to "find" the best position for each piezoelectric; founded the position, these positions are transmitted to the finite element method software, Abaqus™, that calculates the tip displacement of the plate; when it finishes the calculations, Abaqus™ will transmit to the algorithm the displacement value, which will be stored as well as the positions. Then the algorithm provides a new position for a new displacement, and does so until the best position for each piezoelectric is determined. The best positions were found for a set of six, five, four and two piezoelectric, to the torsion and to the bending. The results obtained in this work are an important starting point for further future investigations