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Numerical and experimental investigation of the design of a piezoelectric de-icing system for small rotorcraft part 3/3 : numerical model and experimental validation of vibration-based de-icing of a flat plate structure

Villeneuve Éric, Volat Christophe et Ghinet Sebastian. (2020). Numerical and experimental investigation of the design of a piezoelectric de-icing system for small rotorcraft part 3/3 : numerical model and experimental validation of vibration-based de-icing of a flat plate structure. Aerospace, 7, (5), p. 54.

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Disponible sous licence Creative Commons Attribution.

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URL officielle: https://dx.doi.org/doi:10.3390/aerospace7050054

Résumé

The objective of this research project is divided in four parts: (1) to design a piezoelectric actuator-based de-icing system integrated to a flat plate experimental setup and develop a numerical model of the system with experimental validation, (2) use the experimental setup to investigate actuator activation with frequency sweeps and transient vibration analysis, (3) add an ice layer to the numerical model and predict numerically stresses at ice breaking with experimental validation, and (4) bring the concept to a blade structure for wind tunnel testing. This paper presents the third part of the investigation in which an ice layer is added to the numerical model. Five accelerometers are installed on the flat plate to measure acceleration. Validation of the vibration amplitude predicted by the model is performed experimentally and the stresses calculated by the numerical model at cracking and delamination of the ice layer are determined. A stress limit criteria is then defined from those values for both normal stress at cracking and shear stress at delamination. As a proof of concept, the numerical model is then used to find resonant modes susceptible to generating cracking or delamination of the ice layer within the voltage limit of the piezoelectric actuators. The model also predicts a voltage range within which the ice breaking occurs. The experimental setup is used to validate positively the prediction of the numerical model.

Type de document:Article publié dans une revue avec comité d'évaluation
Volume:7
Numéro:5
Pages:p. 54
Version évaluée par les pairs:Oui
Date:2 Mai 2020
Sujets:Sciences naturelles et génie > Génie
Sciences naturelles et génie > Génie > Génie des matériaux et génie métallurgique
Sciences naturelles et génie > Sciences appliquées
Département, module, service et unité de recherche:Départements et modules > Département des sciences appliquées > Module d'ingénierie
Unités de recherche > Centre international de recherche sur le givrage atmosphérique et l’ingénierie des réseaux électriques (CENGIVRE) > Laboratoire international des matériaux antigivres (LIMA)
Mots-clés:icing, rotorcraft, ice protection system, piezoelectric actuator, vibration, numerical model, experimental testing, givrage, giravion, système de protection contre le givre, actionneur piézoélectrique, vibration, modèle numérique, essais expérimentaux
Déposé le:23 juin 2021 13:57
Dernière modification:23 juin 2021 13:57
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