Piezoceramic shunted damping concept: testing, modelling and correlation

Concept d'amortissement piézoélectrique shunté : expérimentation, modélisation et corrélation.

Institut Supérieur de Mécanique de Paris, LISMMA, Structures, 3 rue Fernand Hainault, 93407 Saint-Ouen Cedex, France

Corresponding author: gael.chevallier@supmeca.fr

Received: 6 October 2008
Accepted: 12 May 2009

Abstract

New laboratory tests are presented for the experimental evaluation and assessment of the piezoceramic shunted damping (PSD) concept for cantilever Aluminium thin (long) beams bonded symmetrically on their upper/lower surfaces with single pairs of small piezoceramic patches. Following these tests outcome, the PSD efficiency measure is proposed to be the so-called modal effective electromechanical coupling coefficient, which is post-processed from free-vibrations analyses under short-circuit and open-circuit electrodes of the patches. For this purpose, the tests are numerically modelled, analysed, and correlated using ABAQUS^® commercial finite element (FE) code. Good tests/models correlations were reached after FE models electromechanical updating. This is attributed to the refined FE models in the sense that they have considered realistic and desirable features such as, electrodes equipotentiality, piezoceramic patches poling orientations (same/opposite), and the corresponding (parallel/series) electric wiring (connections).

Résumé

De nouveaux tests de laboratoire sont présentés pour l'évaluation expérimentale du concept d'amortissement piézocéramique shunté (APS) pour des poutres cantilever minces (longues) en Aluminium sur lesquelles sont collées symétriquement sur leurs surfaces supérieures/inférieures des paires uniques de petits patches piézocéramiques. Suite aux résultats de ces tests, le coefficient de couplage électromécanique effectif modal, obtenu par post-traitement à partir d'analyses vibratoires avec des électrodes de patches en court-circuit et circuit ouvert, est proposé comme mesure de l'efficacité de l'APS. Pour cela, les tests sont numériquement modélisés, analysés et corrélés à l'aide du code commercial d'éléments finis (EF) ABAQUS^®. De bonnes corrélations modèles/essais sont obtenues après le recalage électromécanique des modèles. Celles-ci sont attribuées aux modèles EF raffinés dans le sens où ils ont considéré des aspects réalistes et désirables tels que l'équipotentialité des électrodes, les orientations (mêmes/opposées) des patches piézocéramiques, et les connexions (parallèles/séries) électriques correspondantes.