Monitoring of structures by means of piezoelectric actuators

This thesis work deals with piezoelectric shunt damping for passive vibration reduction in structures. The aim is to find a possible correlation between the value of the electro-mechanical coupling factor (MEMCF) and the presence of a damage in the host structure. Indeed since piezoelectric shunts are used in order to increase MEMCF value, hence to increase performance in vibration attenuation by acting on the natural frequencies of the electro-mechanical system, the idea is to use the coupling factor as an indicator of a possible failure, since the latter would inevitably lead to a shift of the system natural frequencies. This is done by creating a finite element model of the electro-mechanical system in which the damage is created in an artificial way. Thus different damage scenarios are investigated and for each one the variation of the coupling factor is observed. Finally, also the influence of a change in the room temperature is studied and the related results have been compared.

Il presente lavoro concerne l'uso di uno shunt piezoelettrico per effettuare controllo di vibrazioni nelle strutture. Lo scopo è quello di trovare una possibile correlazione tra il valore del fattore di accoppiamento del sistema elettromeccanico (MEMCF) e la presenza di un danno sulla struttura che ospita l'attuatore piezoelettrico. Essendo difatti gli shunt piezoelettrici utilizzati con l'obbiettivo di aumentare il fattore di accoppiamento e quindi migliorare le performance in senso di attenuazione di vibrazioni grazie all'azione che compiono sulle frequenze proprie del sistema elettromeccanico, l'idea è quella di utilizzare il fattore di accoppiamento come indice di un possibile danno, visto che quest'ultimo comporterebbe uno spostamento di tali frequenze proprie. Questo è stato possibile grazie alla creazione di un modello a elementi finiti in cui il danno è stato creato in modo artificioso. Quindi diversi scenari di danno sono stati ipotizzati e per ognuno si è osservata la variazione del fattore di accoppiamento. Infine, è stata valutata anche l'influenza di un cambio della temperatura ambiente e i relativi risultati sono stati confrontati.