تحلیل ارتعاشات و کنترل میکروتیر یکسر گیردار به همراه لایه های عملگر و حسگر پیزوالکتریک با فرض اثرات سطح

محورهای موضوعی : کنترل فعال

سید علی افتخاری ¹ (معاون آموزش و تحصیلات تکمیلی دانشگاه آزاد خمینی شهر)
محمد خواجه خباز ² (دانش آموخته کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک، واحد خمینی شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران)
محمد هاشمیان ³ (استادیار، مهندسی مکانیک، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان ، ایران)

تاریخ دریافت : 1397/02/03 تاریخ پذیرش : 1397/03/23 تاریخ انتشار : 1397/05/15

کلید واژه: میکروتیر, لایه های پیزوالکتریک, اثرات انرژی سطح, تحلیل ارتعاشات آزاد , کنترل بهینه خطی,

چکیده مقاله :

امروزه پیش‌بینی رفتار ارتعاشی و دینامیکی سازه‌های میکرو مورد توجه بسیاری از پژوهشگران قرار گرفته است. در این پژوهش تحلیل ارتعاشات و کنترل میکروتیر یکسر گیردار به همراه لایه‌های پیزوالکتریک عملگر و حسگر با فرض اثرات تنش سطح مورد ارزیابی قرار گرفته است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از روش انرژی و اصل همیلتون استخراج شده و از روش مجموع مربعات دیفرانسیلی تعمیم یافته برای گسسته-سازی و تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره‌ای به دسته معادلات دیفرانسیل معمولی استفاده شده است. اثر تغییرات هندسه مدل و مدول الاستیسیته سطح، تنش پسماند سطح و چگالی سطحی بر فرکانس طبیعی مدل میکروتیر با لایه‌های پیزوالکتریک بررسی شده است. همچنین تأثیر طراحی کنترلر بهینه خطی بر تغییرات پاسخ دینامیکی و ولتاژ کنترلی پیزوالکتریک مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان دهنده‌ی افزایش سرعت پاسخ و کاهش سریعتر دامنه ارتعاشی مدل با طراحی کنترل بهینه خطی است.

چکیده انگلیسی:

Nowadays, accurate prediction of micro structure vibration and dynamic behavior have been considered by many researchers. In this work, vibration analysis and control of cantilever micro-beam integrated with piezoelectric actuator and sensor layers considering surface effects have been investigated. Hamilton’s principle and Energy method are used to derive governing partial differential equation of the motion. GDQM is applied to discretize the PDE into the ordinary differential equation. The effects of system geometry, Young’s modules of surface stress, surface residual stress and surface mass density on natural frequency are analyzed. Also, the effect of linear optimal controller design on dynamic the response time and piezoelectric control voltage has been evaluated. Results indicate that respond on model increases and vibration amplitude decreases faster.