Strutture intelligenti per il controllo delle vibrazioni

The large use of lightweight structures has emphasized the need to reduce vibrations. The integrity and the safety of flexible structures are compromised by the undesired vibrations. The advancements in materials technology has made available a new generation of materials regarded as smart. Among all, piezoelectric actuators and optical fiber sensors are widely used in the development of smart structures. Composite materials are interesting in the construction of smart structures, thanks to high mechanical properties which allow to obtain to lightweight structures with high resistance and due to the possibility of embedding sensors and actuators inside the structure. In this work an active vibrations control for a carbon fiber smart structure is studied and realized. The control system is based on fiber Bragg grating sensors and piezoelectric actuators. The peculiarity of this control system is represented by the optical sensors interrogator based on Swept Laser technology which provides a digital measurement to the controller. The main advantage of this set-up is the effective monitoring of a large number of sensors which leads to a distributed measurement, suitable for physical feedback and modal control. The experimental tests carried out have allowed to investigate the effectiveness of these structures in the active vibrations control and allowed to evaluate the limits of this technology.

Il crescente impiego di strutture leggere ha sottolineato come la necessità di ridurre le vibrazioni indesiderate sia di fondamentale importanza per assicurare integrità strutturale, sicurezza, qualità, comfort. Negli ultimi decenni sono state sviluppate tecnologie che rendono possibile l'integrazione di sistemi di monitoraggio e attuazione all'interno delle strutture. In particolare i materiali piezoelettrici e i sensori in fibra ottica stanno fornendo un significativo contributo allo sviluppo delle cosiddette strutture intelligenti. I materiali compositi sono particolarmente interessanti per la realizzazione di strutture intelligenti, sia per le elevate caratteristiche meccaniche che permettono di costruire strutture leggere ad elevata resistenza, sia per la possibilità di inserire i sensori e gli attuatori direttamente all'interno della struttura, realizzando così un sistema integrato. Nel presente lavoro di tesi è stato studiato e realizzato un controllo attivo di vibrazioni per una struttura intelligente in fibra di carbonio, utilizzando attuatori piezoelettrici e sensori di deformazione in fibra ottica a reticolo di Bragg. La particolarità di questo sistema di controllo consiste nell'interrogazione dei sensori ottici basata sulla tecnologia Swept Laser che fornisce misure digitali al controllo. Il vantaggio principale di questa tecnica di interrogazione è l'efficace monitoraggio di un elevato numero di sensori che permette di ottenere una misura quasi distribuita, utilizzabile sia per la retroazione fisica sia per l'approccio modale. I test sperimentali condotti hanno permesso di indagare l'efficacia di tali strutture nel controllo attivo di vibrazioni ed hanno permesso di valutare i limiti di questa tecnologia.