Possible chemical mimicry of the European lady’s slipper orchid (Cypripedium calceolus)

Pollination based on insect deception has been debated in the scientific community since it was first reported over two hundred years ago. A vast majority of deceptive syndromes occur within the orchid family. While many cheating flowers have been described and are well known, there are still many curious cases that need further investigation. One prime example of such a case is Cypripedium calceolus, known as European lady’s slipper orchid. While the flower has been of interest to many prominent scientists for over a century, its pollination is still not fully understood. Both visual and olfactory cues seem to play an important role in pollinator attraction. In this study we focussed on the olfactory cues in order to explore their relationship (in future experiments) with floral visual cues, including the unique asymmetry of these flowers. Some of the plants’ floral fragrances were used in Electroantennography experiments. Eleven chemical compounds were applied to the antennae of Bombus terrestris and Apis mellifera. Even though these species are not regular visitors of C. calceolus, we were interested to see whether there were common principles in their responses to the flowers’ scent that might justify extrapolating to other pollinator species such as sand bees that get trapped in these orchids and fly out of the flowers afterwards with pollen smeared on their body. The results show that while both species react similarly to most of the odours, some of the tested acetates induced a significantly greater reaction in B. terrestris antennae. These acetates play an important role in bumblebee pheromones, but their relevance for the natural pollinators of C. calceolus remains to be confirmed to see whether chemical mimicry by these flowers is deliberately employed to attract pollinators

On application of piezoelectronic shear effect to active damping of transverse vibration in beams

In the paper the problem of active damping of transverse vibration of a beam by making use of piezoelectric elements with shear piezoelectric effect employed is taken up. The analysis was motivated by the fact that popular piezoelectric materials made of lead zirconate titanate ceramics (PZT) exhibit very strong shear effect, being roughly three times greater than the longitudinal effect. The shear effect can be applied to beam-like systems by gluing piezoelectric sensors and actuators not to external surfaces of a given structure but placing them e.g. between two parallel strips as it is realised in three-layer sandwich structures, in which the middle layer is to dissipate vibration energy. In the presented model the middle viscoelastic core is replaced with a purely elastic piezoelectric element. Some preliminary results obtained for the proposed model based on a cantilever Timoshenko's beam made of PZT are presented. The method of control, generalised with respect to the piezoelectric shear effect boundary conditions, and finally, the resonance characteristics corresponding to excitation by external harmonicforce are discussed. Particulary advantageous effect of the active damping is confirmed for lower resonances, where the natural damping by internal friction in the material is weak.O zastosowaniu postaciowego efektu piezoelektrycznego do aktywnego tłumienia drgań poprzecznych belek. W pracy podjęto problem aktywnego tłumienia drgań poprzecznych belki za pomocą elementów piezoelektrycznych przy wykorzystaniu postaciowego efektu piezoelektrycznego. Motywację podjętych badań stanowi fakt, że popularne piezoelektryki ceramiczne wykonane na bazie spieków tlenku cyrkonu i tytanu (PZT) wykazują bardzo silny efekt postaciowy, około trzykrotnie większy od efektu wzdłużnego. Efekt postaciowy może zostać wykorzystany poprzez zastosowanie elementów nie przez naklejenie akumulatorów na zewnętrznych powierzchniach belki, lecz umieszczenie w strukturze samej belki, np. między dwiema równoległymi listwami, podobnie jak w konstrukcjach typu sandwich, gdzie warstwą silnie rozpraszającą energię drgań jest warstwa środkowa - tu zastąpiona piezoelektrykiem. W pracy przedstawiono wstępne wyniki badań bazujące na modelu wspornikowej belki Timoszenki wykonanej z ceramiki PZT. Omówiono metodę sterowania, uogulnione na piezoelektryczny efekt postaciowy warunki brzegowe oraz, jako rezultat końcowy, charakterystki rezonansowe przy wymuszeniu harmoniczną siłą zewnętrzną. Stwierdzono szczególnie korzystne działanie aktywnego tłumienia wykorzystującego efekt postaciowy dla niskich częstości, rezonansowych, słabo tłumionych przez naturalne właściwości dyssypatywne materiału belki

Drgania promieniowe cylindrycznej powłoki wykonanej z kompozytu zawierającego włókna piezoelektryczne

The paper is concerned with the problem of active damping of transverse (radial) vibration of a cylindrical shell made of a piezoelectric fiber composite (PFC). Smart PFC laminates allow for the access to new possibilities in the field of active vibration damping in various structural elements. In the work, the vibration induced by the pressure pulsating inside the shell is analysed. A simplified model is introduced to the studies. On account of the character of the excitation, the couplings between radial, circumferential and axial vibration modes are neglected in the model. The examinations concentrate on the efficiency of the active control in damping the transverse, i.e. radial vibration of the shell. Numerical simulations prove that resonance characteristics are very sensitive to the lamination angle, which gives a designer the possibility of adjusting the shell structure to the a priori known operating conditions. The main emphasis, however, is put on the effect of active control on the profile of amplitude-frequency characteristics. The simulations carried out clearly show that the application of a simple control strategy based on velocity feedback yields a significant reduction of the vibration level, which is found to be promising and encourages developing more sophisticated models.W pracy podjęto problem aktywnego tłumienia drgań poprzecznych cylindrycznej powłoki wykonanej z laminatu zintegrowanego z włóknami piezoelektrycznymi (PFC). Aktywne laminaty PFC otwierają nowe możliwości na polu aktywnego sterowania drganiami w różnych elementach konstrukcyjnych. W pracy zajęto się drganiami powłoki wywołanymi pulsującym ciśnieniem wewnątrz tej powłoki. Przedstawiono uproszczony model, w którym ze względu na charakter obciążenia zrezygnowano z uwzględnienia sprzężeń pomiędzy promieniowymi, osiowymi i obwodowymi postaciami drgań, koncentrując się na efektywności aktywnego tłumienia w powłoce PFC w przypadku drgań poprzecznych. W wyniku symulacji numerycznych pokazano, że charakterystyki rezonansowe są bardzo czułe na kąt laminowania, co stanowić może narzędzie dla konstruktora podczas pasywnego dostosowywania obiektu do znanych warunków eksploatacyjnych, w jakich ten obiekt będzie pracować. Główny nacisk położono jednak na wpływ aktywnego sterowania na profil charakterystyk amlitudowo-częstotliwościowych. Stwierdzono, że zastosowanie sterowania ze sprzężeniem prędkościowym daje wyraźne obniżenie poziomu drgań, co uznano za wynik obiecujący i zachęcający do udoskonalenia modelu

Stateczność wirujących wałów wykonanych z aktywnego laminatu zawierającego włókna piezoelektryczne

In the paper, theoretical fundamentals of stabilisation of a rotating shaft by making use of piezoelectric elements are presented. The shaft is made of an active piezoelectric fiber composite - the state-of-the-art structural material which has just emerged in the field of "smart" engineering. Irrespective of the kind of material the rotating shafts are made of, they exibit flutter-type instability brought about by the presence of internal friction. At a certain critical rotation speed the system loses its stability and starts to perform self-excited vibrations. The paper discusses a method protecting the shaft from such a phenomenon or, at least, shifting it away by incorporation of piezoelectric fibers embedded in a polymer matrix and electrodes bonded to each lamina of the active composite. The constitutive equations of the laminate are derived and used in formulation of equations of motion of the rotating shaft. The analysis of stabilisation reveals that the desired effect can be achieved by application of three and more pairs of the electrodes enabling generation of a constant bending moment regadless of the rotary motion. Proportional and velocity feedbacks in the control system are examined and compared. The critical threshold is determined by investigating the eigenvalues corresponding to the governing equations linearised around nontrivial eguilibrium position. The equations themselves were earlier found via a uni-modal Galerkin's discretisation of the partial differential equations of motion. The applied method proves to be efficient as, an increase in the critical speed by two and more times is observed after activation of the proposed stabilisation method.W pracy przedstawiono teoretyczne podstawy stabilizacji wirującego wału za pomocą elementów piezoelektrycznych. Wał jest wykonany z aktywnego laminatu zawierającego włókna piezoelektryczne - najnowszego osiągnięcia inżynierii materiałowej na polu mechatroniki. Niezależnie od rodzaju materiału, z którego wykonano wał, wykazuje on niestatetczność typu flatter wywołaną obecnością tarcia wewnętrznego. Przy pewnej krytycznej prędkości wirowania układ traci stateczność, stając się narażonym na drgania samowzbudne. W artykule przeprowadzono dyskusję nad możliwością ochrony wirujących wałów przed takim zjawiskiem lub przynajmniej odsunięciemprogu krytycznego poprzez zastosowanie włókien piezoelektrycznych zatopionych w materiale osnowy kompozytu wyposażonego w elektrody sterujące polem elektrycznym w każdej warstwie laminatu. Analiza zaprezentowanej metody stabilizacji pokazała, że wprowadzenia trzech i więcej par elektrod wystarcza do generowania stałego momentu gnącego mimo ciągłego wirowania. W układzie sterowania zastosowano pętlę ze sprzężeniem proporcjonalnym i prędkościowym. Wartość krytycznej prędkości wirowania znaleziono poprzez śledzenie trajektorii wartości własnych równań dynamiki zlinearyzowanych wokół nietrywialnego położenia równowagi. Równania te wyprowadzono wychodząc z cząstkowych różniczkowych równań ruchu wału po ich jedno-modalnej dyskretyzacji Garlekina. pokazano, że zastosowana metoda stabilizacji jest efektywna i pozwala na ponad dwukrotne zwiększenie progu krytycznego

An active electromagnetic stabilization of the Leipholz column

We study the application of electromagnetic actuators for the active stabilization of the Leipholz column. The cases of the compressive and tensional load of the column placed in air and in water are considered. The partial differential equation of the column is discretized by Galerkin's procedure, and the stability of the obtained control system is evaluated by the eigenvalues of its linearization. Four different methods of active stabilization are investigated. They incorporate control systems based on feedback proportional to the transverse displacement of the column, its velocity and the current in the electromagnets. Conditions in which these strategies are effective in securing safe operation of the column are discussed in detail

Stateczność wirującego wału wykonanego z materiału gradientowego

In the paper, the problem of active stabilisation of a rotating shaft made of a three-phase Functionally Graded Material (FGM) with piezoelectric fraction is presented. Due to internal friction, at a certain critical rotation speed, the shaft loses its stability and starts to vibrate in a self-excited manner. In the paper, a method protecting the system from such a phenomenon by making use of a FGM controlled by electrodes bonded and embedded in the structure of the shaft is discussed in detail. The critical threshold is found by examination of the eigenvalues corresponding to linear formulas derived via uni-modal Galerkin's discretisation of partial differential equations of motion. The main goal of the paper is determination of such a distribution of the volume fraction of the active phase within the shaft, which makes the system possibly most resistant to self-excitation on the one hand, and still attractive in terms of strength properties on the other. The results are presented in the form of diagrams depicting the critical rotation speed vs. exponents describing volume distribution of the active phase as well as gain factors applied in the control system.W pracy przedstawiono zagadnienie aktywnej stabilizacji wirującego wału wykonanego z trójfazowego materiału gradientowego (FGM) zawierającego składnik piezoelektryczny. Niezależnie od zastosowanego materiału, obecność tarcia wewnętrznego powoduje utratę stateczności wału i powstanie drgań samowzbudnych przy pewnej krytycznej prędkości wirowania. W artykule przedyskutowano sposób zapobiegania takiemu zjawisku oparty na zastosowaniu materiału gradientowego FGM sterowanego napięciem elektrod przyklejonych i zatopionych w strukturze wału. Wartość krytycznej prędkości wirowania znaleziono poprzez badanie wartości własnych równań ruchu zlinearyzowanych po jednomodalnej dyskretyzacji Galerkina równań różniczkowych cząstkowych. Głównym celem analizy jest określenie optymalnego rozkładu funkcji opisującej objętościowy udział aktywnej frakcji piezoelektrycznej w użytym materiale FGM, który zapewnia możliwie najlepszy efekt stabilizacyjny i równocześnie utrzymuje dobre właściwości wytrzymałościowe wału. Rezultaty badań przedstawiono na wykresach pokazujących krytyczną prędkość wirowania w funkcji wykładnika opisującego rozkład udziału objętościowego fazy aktywnej oraz współczynników wzmocnienia zastosowanych w układzie sterowania

Krytyczna prędkość przepływu w przewodzie stabilizowanym aktuatorami elektromagnetycznymi

We study the influence of electromagnetic damping on the dynamics of a pipe conveying fluid. Pipes supported at both ends as well as cantilever ones (both discharging and aspirating the fluid) are considered. We assume physical parameters of the systems which allow an experimental verification of results. We develop simple methods of calculation of the internal and external damping coefficients which are based on known models, and do not require experiments. The governing partial equation of the pipe is discretised with Galerkin’s procedure, and the stability of the resultant dynamical system is determined with eigenvalues of its linearization. The actuators destabilise the pipe supported at both ends, but can remarkably improve stability of cantilever ones. The effect of magnetic damping strongly depends on the position at which actuators are attached to the pipe.W pracy przeprowadzono badania wpływu tłumienia elektromagnetycznego na właściwości dynamiczne przewodu z przepływającym płynem. Rozważono przewody podparte obustronnie swobodnie oraz zamocowane wspornikowo (dla obydwu przypadków ruchu płynu, tj. rury wyrzucającej czynnik na zewnątrz oraz rury ssącej). Założono takie parametry fizyczne układu, które pozwalają na weryfikację eksperymentalną uzyskanych wyników. Zaproponowano proste metody pozwalające na oszacowanie wartości tłumienia zewnętrznego i wewnętrznego oparte na znanych modelach i nie wymagających przeprowadzania doświadczeń. Równanie różniczkowe cząstkowe ruchu przewodu z przepływem dyskretyzowano metodą Galerkina, a po wyznaczeniu wartości własnych układu zlinearyzowanego, określono jego stateczność. W wyniku przeprowadzonych analiz zaobserwowano, że aktuatory elektromagnetyczne destabilizują przewód obustronnie podparty, ale znacząco poprawiają stateczność rury wspornikowej, przy czym efekt tłumienia magnetycznego silnie zależy od położenia aktuatorów względem miejsca zamocowania takiego przewodu

Effect of internal damping of composite elements on amplitude-frequency characteristics of a car suspension model

W pracy zaprezentowano nowe rozwiązanie układu zawieszenia samochodów. Zastosowano w nim wahacze kompozytowe, które nie tylko mają zadanie prowadzenia koła ale także są elementem sprężystym. W kompozytach występuje stosunkowo duże tarcie wewnętrzne. Zależy ono między innymi od kąta laminowania włókien w poszczególnych warstwach kompozytu. W pracy wyznaczono współczynniki tłumienia dla trzech wybranych zastępczych belek o różnych kątach laminowania. Następnie otrzymane wyniki posłużyły do analizy modelu samochodu o 4 stopniach swobody. Przeanalizowano wpływ tłumienia wewnętrznego występującego w belce na charakterystyki czasowe modelu samochodu.The paper presents a new approach to the problem of vehicle suspension system. It makes use of composite wishbones which not only control the geometry but also act as spring elements. The composites have relatively high internal friction properties. They depend, among other, on the angle of fiber lamination in the layers. Damping coefficients were determined for three equivalent composite beams with different lamination angles. Then the results were used to analyse the car model with 4 degrees of freedom. The influence of internal damping of the beam on the car model characteristic was presented

Nonlinear response of a harmonically driven oscillator in magnetic field

The paper presents analysis of nonlinear response of a classical mechanical oscillator placed within a magnetic field and driven by a harmonic force. With an appropriate choice of control parameters, the system vibrates chaotically between different equilibrium positions. To prove this result, Lyapunov exponents have been calculated using the algorithm proposed by Rangarajan G., Habib S. and Ryne R.: Physical Review Letters, vol. 80, (1998). Moreover, the appropriate time series, phase portrait, Poincar'e cross-section and power spectrum are given to support the conclusion