Aktiv struktur

En aktiv struktur (även känd som en smart eller adaptiv struktur ) är en mekanisk struktur med förmågan att ändra dess konfiguration, form eller egenskaper som svar på förändringar i miljön. ^{[ citat behövs ]}

Termen aktiv struktur hänvisar också till strukturer som, till skillnad från traditionella tekniska strukturer (t.ex. broar, byggnader), kräver konstant rörelse och därmed krafttillförsel för att förbli stabil. ^{[ citat behövs ]} Fördelen med aktiva strukturer är att de kan vara mycket mer massiva än en traditionell statisk struktur : ett exempel skulle vara en rymdfontän , en byggnad som når ut i rymden.

Fungera

Resultatet av aktiviteten är en struktur som är mer lämpad för typen och storleken på den last den bär. Till exempel kan en orienteringsändring av en balk minska den maximala spänningen eller töjningsnivån, medan en formändring kan göra en struktur mindre mottaglig för dynamiska vibrationer. ^{[ citat behövs ]} Ett bra exempel på en adaptiv struktur är människokroppen där skelettet bär ett brett spektrum av belastningar och musklerna ändrar sin konfiguration för att göra det. Överväg att bära en ryggsäck. Om överkroppen inte justerade masscentrum något genom att luta sig framåt, skulle personen falla på rygg.

En aktiv struktur består av tre integrerade komponenter förutom den lastbärande delen. De är sensorerna , processorn och ställdonen . ^{[ citat behövs ]} När det gäller en människokropp är de sensoriska nerverna sensorerna som samlar information om miljön. Hjärnan fungerar som processor för att utvärdera informationen och besluta sig för att agera därefter och instruerar därför musklerna, som fungerar som aktuatorer, att reagera. Inom tung konstruktion finns det redan en framväxande trend att införliva aktivering i broar och kupoler för att minimera vibrationer under vind- och jordbävningsbelastningar .

Flygteknik och rymdteknik har varit den främsta drivkraften för att utveckla moderna aktiva strukturer. ^{Flygplan sin livstid} (och rymdfarkoster ) kräver anpassning eftersom de utsätts för många olika miljöer, och därför laster, under . Innan de sjösätts utsätts de för gravitation eller dödlast, under start utsätts de för extrema dynamiska och tröghetsbelastningar och under flygning måste de vara i en konfiguration som minimerar luftmotstånd men främjar lyft. Mycket arbete har lagts ner på adaptiva flygplansvingar för att producera en som kan kontrollera separationen av gränsskikt och turbulens. Många rymdstrukturer använder adaptivitet för att överleva extrema miljöutmaningar i rymden eller för att uppnå exakta noggrannheter. Till exempel rymdantenner och speglar aktiveras för exakt orientering. Allt eftersom rymdteknologin går framåt krävs att en del känslig utrustning (nämligen interferometriska optiska och infraröda astronomiska instrument) är exakta i sin position så känslig som några få nanometer , medan den stödjande aktiva strukturen är tiotals meter i dimensioner.

Design

Mänskligt gjorda ställdon som finns på marknaden, även de mest sofistikerade, är nästan alla endimensionella. ^{[ citat behövs ]} Detta betyder att de bara kan sträcka sig och dra ihop sig längs, eller rotera runt en axel. Manöverdon som kan röra sig i både framåt och bakåt är kända som tvåvägsställdon, i motsats till envägsställdon som bara kan röra sig i en riktning. Den begränsande förmågan hos ställdon har begränsat aktiva strukturer till två huvudtyper: aktiva fackverksstrukturer , baserade på linjära ställdon, och manipulatorarmar , baserade på roterande ställdon.

En bra aktiv struktur har en rad krav. Först måste den vara lätt aktiverad. Aktiveringen bör vara energibesparande. En struktur som är mycket styv och starkt motstår morphing är därför inte önskvärd. För det andra måste den resulterande strukturen ha strukturell integritet för att bära designlasterna. Därför bör aktiveringsprocessen inte äventyra strukturens styrka. Mer exakt kan vi säga: Vi söker en aktiv struktur där aktivering av vissa delar kommer att leda till en geometriförändring utan att väsentligt ändra dess spänningstillstånd. Med andra ord, en struktur som har både statisk bestämning och kinematisk bestämning är optimal för aktivering. ^{[ citat behövs ]}

Ansökningar

Active-control-teknik tillämpas inom anläggningsteknik, maskinteknik och flygteknik. Även om de flesta anläggningskonstruktioner är statiska, används aktiv kontroll i vissa civila konstruktioner för utplacering mot seismisk belastning, vindbelastning och miljövibrationer. Aktiv kontroll föreslås också användas för skadetoleransändamål där mänskligt ingripande är begränsat. Korkmaz et al. demonstrerad konfiguration av aktivt styrsystem för en skadetolerans och utplacering av en bro.

Se även

externa länkar