تغییر مکان استاتیکی تیرهای پیزوالکتریک چندلایه دو سر لولا تحت بارگذاری‌های مختلف

Subject Areas : Journal of Simulation and Analysis of Novel Technologies in Mechanical Engineering

افشین  منوچهری‌فر ¹ (استادیار دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر)
علیرضا  جلیلی ² (دانشجوی کارشناسی ارشد مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر)

Received: 2015-10-03 Accepted : 2015-10-03 Published : 2008-09-22

Keywords: پیزو الکتریک, تیر چند‌لایه, معادلات ساختاری, بای مورف, یونی‌مورف,

Abstract :

در این مقاله ابتدا معادلات ساختاری پیزوالکتریک‌ها بیان شده و با بکارگیری این معادلات، انرژی داخلی تیر چند لایه پیزوالکتریک محاسبه شده است. سپس با ترکیب اصل حداقل انرژی پتانسیل و روش رایلی- ریتز، رابطه‌ای برای جابه‌جایی تیر پیزوالکتریک دو سر لولا، تحت ممان متمرکز، نیروی متمرکز، بار گسترده و ولتاژ خارجی، به طوریکه شرایط مرزی را ارضا کند حدس زده شده است و ضرایب مجهول با حداقل کردن انرژی پتانسیل به‌دست آمده است. در ادامه روابط به‌دست آمده برای تیرهای بای‌مورف و یونی‌مورف دو سر لولا ساده شده و بار الکتریکی و همچنین ولتاژ ایجاد شده در آنها در حالت حسگری به دست آمده است. جهت اطمینان از صحت و دقت روابط تحلیلی به‌دست آمده، نتایج تحلیلی با نتایج نرم‌افزار ANSYS 10 در قالب مثال‌های عددی مقایسه شده است.

References:

[1] Reza Moheimani S.O., Fleming A.J., Piezoelectric transducers for vibration control and damping. - (Advances in industrial control), Springer-Verlag London Limited, UK, 2006.

[2] Gordan T.L., Ounaies Z., Piezoelectric Ceramics Characterization, ICASE Report,  NO.28, 2001.

[3] Park J.K., Moon W.K., Constitutive Relations for Piezoelectric Benders Under Various Boundary Conditions, Journal Sensors and Actuator A: Physical, volume 117, 2005, pp. 159-167.

[4] Smits J.G., Choi W., The Constituent Equations of Piezoelectric Heterogeneous Bimorphs, IEEE Transactions on Ultrasonic, Ferroelectrics, and Frequency Control, Volume 38, No.3, 1991.

[5] Yocum M., Abramovich H., Static Behavior of Piezoelectric Actuated Beams, Computers & Structures, Volume 80, Number 23, 2002, pp. 1797-1808

[6] Fernandes A., Pouget J., Analytical and numerical approaches to piezoelectric bimorph, International Journal of Solid and Structures, Volume 40, 2003, pp. 4331- 4352.

[7] Balls R.G., Schlaak H.F., Schmid A.J., The Constituent Equations of Piezoelectric Multilayer Bending Actuators in Closed Analytical Form and Experimental Results, Journal Sensors &Actuators .A: Physical, 2006, pp. 1-7.

[8] Yang J., An Introduction to The Theory of Piezoelectricity, Department of Engineering Mechanics University of Nebraska-Lincoln, U.S.A. , 2005.