Laboratoř modelování a identifikace dynamických a mechatronických systémů

Oddělení:   Oddělení D 3 – Dynamika a vibrace
Vedoucí:   Ing. Jan Kozánek, CSc.

Laboratoř se zabývá identifikací a laděním složitých dynamických a mechatronických systémů, rozvojem matematického a fyzikálního modelování a optimalizací. Matematické modely jsou uvažovány jako lineární s příslušnými spektrálními a modálními vlastnostmi i se slabými i silnými nelinearitami. Jsou aplikovány v dynamice strojů s důrazem na stroje rotační uložené klasickými i bezkontaktními ložisky (např. pro systémy akumulující energii pomocí setrvačníků uložených radiálními a axiálními ložisky na principu supravodivých magnetů), na stabilitu vibrací a zejména na magnetorheologická uložení s řízeným tlumením pro potlačení vibrací rotorů. Spolupracujeme s Fyzikálním ústavem AV ČR.


Ing. Jan Kozánek, CSc. – vedoucí laboratoře, spektrální a modální identifikace, vyhodnocování naměřených dat, numerické problémy, matematické modelování diskrétních dynamických systémů

Prof. Jaroslav Zapoměl, DrSc. – aplikovaná dynamika, dynamika rotorů, počítačové modelování a simulace, inteligentní tlumící prvky rotujících soustav

Ing. Jan Košina – konstruktérské práce, problematika elektrických pohonů a elektromechanických systémů, laboratorní měření

Jan Cibulka – technické úkoly, snímače, měření v laboratoři i v průmyslových podmínkách

Identifikace a ladění složitých a mechatronických systémů, vytváření matematických a fyzikálních modelů

 

Byly studovány problémy parametrických identifikačních metod a aproximativních přístupů. Obyčejně, jako vstupní data jsou ve frekvenční oblasti uvažovány ustálené harmonické odezvy na harmonická buzení. V jistém přiblížení lze pro identifikaci lineárních dynamických systémů použít i časové odezvy odpovídající počáteční výchylce (nebo rychlosti) systému s následnou Fourierovou transformací.

 

Spektrální vlastnosti a identifikace aerodynamických ložisek, stabilitní problémy.

a)

Spektrální vlastnosti a identifikace a aerostatických ložisek, stabilitní problémy.

b)

Obr. 1. Spektrální vlastnosti a identifikace aerodynamických (a) a aerostatických (b) ložisek, stabilitní problémy

 

 

V posledních letech byla v laboratoři studována problematika samobuzeného kmitání leteckého profilu NACA0015 v oblasti podzvukových rychlostí proudění, zejména modální analýza a identifikace rozvoje flutteru a nalezení meze aeroelastické stability. Experimenty byly realizovány jak v laboratořích ústavu, tak v aerodynamickém tunelu. Identifikovaná vlastní čísla a vlastní tvary kmitání pro nulovou rychlost proudění jsou porovnávány s výsledky měření v aerodynamickém tunelu při nástupu flutteru (frekvence, tvary kmitání a vývoj v čase).

Proudové pole působící na profil při nástupu flutteru, aerodynamické síly a momenty, vyhodnocení interferogramů.Obr. 2. Proudové pole působící na profil při nástupu flutteru, aerodynamické síly a momenty, vyhodnocení interferogramů

 

 

Magnetoreologické tlumící vrstvy a další zařízení pro potlačení vibrací rotačních strojů jsou studovány a publikovány v prestižních vědeckých časopisech. Jde o řešení složitých vzájemných interakcí vázaných mechanických, hydraulických, magnetických a elektrických jevů. Odpovídající matematické modely (využívající kompozitních materiálů ovlivňovaných vnějším magnetickým polem) byly navrženy a numericky ověřeny v širokém rozsahu operačních rychlostí. Byly získány informace o nelineárních jevech, časových zpožděních a komplexních vlivech elektromagnetických jevů v rámci magnetoreologických tlumících zařízeních.

 

Tuhý rotor tlumený magnetoreologickými vrstvami oleje

 

Tuhý rotor tlumený magnetoreologickými vrstvami oleje

 

Tuhý rotor tlumený magnetoreologickými vrstvami oleje

Obr. 3. Tuhý rotor tlumený magnetoreologickými vrstvami oleje

 

 

 

V rámci spolupráce s Akademií Múzických umění v Praze, Oddělení akustiky, byly identifikovány dynamické vlastnosti dřevěných materiálů pro výrobu hudebních nástrojů. Dynamické experimenty byly založeny na speciálním impulsním buzení a ustálené harmonické odezvy vyhodnoceny pomocí naměřené časové odezvy a Fourierovy transformace. Pomocí nepřímé identifikační metody byly vyhlazením komplexního frekvenčního přenosu získány vlastní frekvence a vlastní tlumení. Výsledky jsou připraveny pro porovnání vlastních frekvencí s výpočtovými modely na bázi konečných prvků.

 

Radiální ohybový tvar obdélníkové dřevěné desky.

a)

 

Radiální kroutící tvar obdélníkové dřevěné desky.

b)

Obr. 4. Radiální ohybový – a) a kroutící – b) tvar obdélníkové dřevěné desky

 

 

 

V rámci projektu České akademie věd „Strategie AV21“, v programu „Efektivní energetická transformace a její uchování“ se zabýváme akumulací energie pomocí vysokootáčkových setrvačníkových systémů uložených pomocí bezdotykových ložisek na supravodivém principu. Součástí výzkumu jsou i stabilitní problémy setrvačníků studované metodami numerických experimentů.

 

Axiální a radiální uložení na principu supravodivých magnetů.

a)

 

Axiální a radiální uložení na principu supravodivých magnetů.

b)

 

Obr. 5. Axiální a radiální uložení na principu supravodivých magnetů

4kanálový analyzátor VT-80 - Bruel&Kjaer, snímače

Chladící systém CH-110 a kompresorem F-704, SUMITOMO Cryogenics Europe

Vakuová pumpa (PM 015 886AT, CKF00041), Pfeiffer VACUUM, Austria