مدل‌سازی و تحلیل مودال برای نوسانات تیر IPMCو شبیه‌سازی به عنوان عملگر

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

آرش رجایی ¹ , علی مختاریان ² , مصطفی پیرمرادیان ³

1 - Islamic Azad University, Khomeinishahr Branch
2 - Islamic Azad University, Khomeinishahr Branch
3 - Islamic Azad University, Khomeinishahr Branch

Received: 2016-10-03 Accepted : 2017-02-16 Published : 2016-04-20

Keywords: تحلیل دینامیکی, تابع تبدیل, تحلیل مودال, کامپوزیت پلیمر-یونی فلزی, تیر یکسر گیردار, عملگر,

Abstract :

هدف این مقاله تحلیل مودال تیر از جنس پلیمر-یونی فلزی است، سپس سیستم را به یک مود با پارامترهای منحصربه­فرد خود خلاصه کرده تا در شبیه سازی عملگر به ما کمک کند. در این مقاله ابتدا با استفاده از تحلیل ریاضی و فرم بسته تابع تبدیل سیستم تیر یکسر گیردار، پاسخ دینامیکی آن را به نیروهای ورودی مختلف (متمرکز و پیوسته) محاسبه کرده و برای انواع مختلف سیستم، نقاط تشدید و ضد­تشدید را در تحلیل فرکانسی پیدا می­شود، سپس با استفاده از آنالیز مودال در سیستم، کل پاسخ آن­را در مود پایه خلاصه کرده و پارامترهای فرکانس طبیعی نامیرا و ضریب میرایی در این مود برای سیستم معرفی می­شود، سپس تیر یکسر­گیردار کامپوزیتی را به عنوان یک عملگر در نظر گرفته می­شود که با ولتاژ ورودی، تغییر مکان و نیرو در سر آزاد خود ایجاد می­کند که با بررسی پاسخ­ها به ورودی­ها، رفتار سیستم تحلیل می­شود

References:

 

[1]         M. Aureli, C. Prince, M. Porfiri, And S. D. Peterson, “Energy Harvesting From Base Excitation Of Ionic Polymer Metal Composites In Fluid Environments,” Smart Mater. Struct., Vol. 19, No. 1, P. 15003, 2009.

[2]         S. D. Peterson And M. Porfiri, “Energy Exchange Between A Vortex Ring And An Ionic Polymer Metal Composite,” Appl. Phys. Lett., Vol. 100, No. 11, P. 114102, 2012.

[3]         C. Bonomo, L. Fortuna, P. Giannone, S. Graziani, And S. Strazzeri, “A Resonant Force Sensor Based On Ionic Polymer Metal Composites,” Smart Mater. Struct., Vol. 17, No. 1, P. 15014, 2007.

[4]         B. Paola, L. Fortuna, P. Giannone, S. Graziani, And S. Strazzeri, “Ipmcs As Vibration Sensors,” In Instrumentation And Measurement Technology Conference Proceedings, 2008. Imtc 2008. Ieee, 2008, Pp. 2065–2069.

[5]         U. Zangrilli And L. M. Weiland, “Prediction Of The Ionic Polymer Transducer Sensing Of Shear Loading,” Smart Mater. Struct., Vol. 20, No. 9, P. 94013, 2011.

[6]         Y. Bahramzadeh And M. Shahinpoor, “Dynamic Curvature Sensing Employing Ionic-Polymer--Metal Composite Sensors,” Smart Mater. Struct., Vol. 20, No. 9, P. 94011, 2011.

[7]         C. Lim, H. Lei, And X. Tan, “A Dynamic Physics-Based Model For Base-Excited Ipmc Sensors,” In Spie Smart Structures And Materials+ Nondestructive Evaluation And Health Monitoring, 2012, P. 83400h–83400h.

[8]         Y. P. Park And C. D. Mote, “The Maximum Controlled Follower Force On A Free-Free Beam Carrying A Concentrated Mass,” J. Sound Vib., Vol. 98, No. 2, Pp. 247–256, 1985.

[9]         Y. P. Park, “Dynamic Stability Of A Free Timoshenko Beam Under A Controlled Follower Force,” J. Sound Vib., Vol. 113, No. 3, Pp. 407–415, 1987.

[10]       Y. Sugiyama, T. Katayama, H. Fukuda, And C. Kar, “Effect Of Internal Damping On The Stability Of Free-Free Beams Under An End Thrust,” Trans. Japan Soc. Mech. Eng, Vol. 55, No. 88, Pp. 243–247, 1989.

[11]       R. Kanno, S. Tadokoro, T. Takamori, M. Hattori, And K. Oguro, “Linear Approximate Dynamic Model Of Icpf (Ionic Conducting Polymer Gel Film) Actuator,” In Robotics And Automation, 1996. Proceedings., 1996 Ieee International Conference On, 1996, Vol. 1, Pp. 219–225.

[12]       R. Kanno, S. Tadokoro, T. Takamori, And K. Oguro, “3-Dimensional Dynamic Model Of Ionic Conducting Polymer Gel Film (Icpf) Actuator,” In Systems, Man, And Cybernetics, 1996., Ieee International Conference On, 1996, Vol. 3, Pp. 2179–2184.

[13]       M. Shahinpoor, “Nonhomogeneous Large-Deformation Theory Of Ionic Polymeric Gels In Electric And Ph Fields,” In 1993 North American Conference On Smart Structures And Materials, 1993, Pp. 40–55.

[14]       R. Kanno, A. Kurata, M. Hattori, S. Tadokoro, T. Takamori, And K. Oguro, “Characteristics And Modeling Of Icpf Actuator,” In Proceedings Of The Japan-Usa Symposium On Flexible Automation, 1994, Vol. 2, Pp. 691–698.

[15]       M. Mojarrad And M. Shahinpoor, “Ion-Exchange-Metal Composite Sensor Films,” In Smart Structures And Materials’ 97, 1997, Pp. 52–60.

[16]       M. Shahinpoor, M. Mojarrad, And K. Salehpoor, “Electrically Induced Large-Amplitude Vibration And Resonance Characteristics On Ionic Polymeric Membrane-Metal Composites Artificial Muscles,” In Smart Structures And Materials’ 97, 1997, Pp. 829–838.

[17]       M. Shahinpoor, Y. Bar-Cohen, J. O. Simpson, And J. Smith, “Ionic Polymer-Metal Composites (Ipmcs) As Biomimetic Sensors, Actuators And Artificial Muscles-A Review,” Smart Mater. Struct., Vol. 7, No. 6, P. R15, 1998.

 [18]      K. Mallavarapu And D. J. Leo, “Feedback Control Of The Bending Response Of Ionic Polymer Actuators,” J. Intell. Mater. Syst. Struct., Vol. 12, No. 3, Pp. 143–155, 2001.