تحلیل تیر ترمو پیزوالکتریک

تغییرات دمایی یکی از عوامل مؤثر و یا گاهی عامل اصلی در تخریب سازه های مهندسی می باشد. اعضاء جدار نازک که بعنوان مثال در پوسته رآکتورها، سازه های فضایی، توربین ها و اجزای دیگر مکانیسمها  بکار می روند، مستعد شکست ناشی از کمانش، خیز با  دامنههای زیاد و یا  تنشهای اضافی در اثر بارهای حرارتی و یا بارهای مرکب حرارتی- مکانیکی  میباشند[ ۱].

توسعه مواد هوشمند با اجزای پیزوالکتریک^۱،پتانسیل زیادی را برای استفاده در صنعت و بخصوص در  زمینههای فوق ایجاد نموده است. این مواد بخاطر اثرات مستقیم و معکوسی که دارند بهمراه خصوصیات ذاتی و انطباقی شان قادرند خصوصیات مکانیکی و حرارتی بهتری را نشان دهند و در واقع مشکلات و مسائل ناشی از بارهای حرارتی و یا بارهای مرکب حرارتی- مکانیکی را تا حدودی رفع نمایند[۲].

بخاطر طبیعت مواد پیزوالکتریک که عمدتاً سنسور^۲ و یا محرک^۳ هستند، این مواد برای مطالعه و بررسی واکنش  سیستمهای گسترده، بسیار  ایدهآل می باشند. مواد پیزوالکتریک که بوسیله محققین برای حس کردن و کنترل کردن چنین سیستم هایی بکار  میروند بصورت تیر، ورق و پوسته هستند[۳]. مواد پیزوالکتریک یا به سطح سازه هوشمند چسبانده می شوند و یا درون سازه هوشمند قرار می گیرند[۴].

با توجه به اینکه این مواد سبک، کم حجم، ساده، محکم و از لحاظ ابعادی کوچک هستند تعداد زیادی از آنها را  میتوان در سازه مورد استفاده قرار داد بدون اینکه جرم سازه به میزان قابل توجهی زیاد شود. علاوه بر این روی خواص مکانیکی و دینامیکی سیستم پیوسته تأثیر زیادی ندارد[ ۵].

در زمینه مدل کردن رفتار سازه های پیزوالکتریک با استفاده از متد تحلیلی کارهایی انجام شده است. مثلاً لین کی رونگ^۴ و دیگران بر اساس روابط ساختاری دو بعدی مواد پیزوالکتریک، یک حل تحلیلی برای یک تیر هوشمند که توسط یک جفت محرک پیزوالکتریک تحریک شده است، ارائه داده اند. حل ارائه شده براساس تعریف تابع تنش ” ایری”^۵ برای مواد پیزوالکتریک و تیر الاستیک بنا شده است[۶].

در همه متدهای مشروح فوق از اثرات حرارتی چه بصورت پاسخ فعال و چه بصورت پاسخ سنسوری در سازه های هوشمند صرفنظر شده بود. زمانیکه سازه پیزوالکتریک باید در محیطی خیلی داغ یا سرد کار کند، اثرات حرارتی مهم  میباشد. این شرایط بالای حرارتی ممکن است از سه طریق مجزا بر روی پاسخ سازه پیزوالکتریک، به شدت اثر گذار باشد[۲]:

بررسی رفتار تیرها با لایههای پیزوالکتریک تحت اثر نیروهای مکانیکی و حرارتی در این رساله انجام

میشود.

برای بررسی رفتار حرارتی از معادلات ترموپیزوالکتریسیته استفاده میشود. مدل تیر استفاده شـده، مدل تیر تیموشنکو است که تغییر شکل برشی مرتبه اول میباشد و معادلات حاکم بر حرکت تیـر از اصـول    تغییرات بدست میآید.  همچنین از تأثیر میدانهای مکانیکی و الکتریکی بـر میـدان حرارتـی صـرفنظر  مـیگـردد .

بـا استفاده از حل بدست آمده، تأثیر برش عرضی بر رفتار دینامیکی تیـر تحـت بارگـذاری حرارتـی و مکـانیکی

مورد مطالعه قرار میگیرد و چگونگی کنترل خمش ناشی از این بارگذاریها با استفاده اعمـال ولتـاژ، بررسـی

می شود.

فهرست مطالب تحقیق تحلیل تیر ترمو پیزوالکتریک

• فصل اول : کلیات
• فصل دوم ( پیزوالکتریسیته و کاربرد آن)
  • تاریخچه کشف اثر پیزوالکتریکی و مواد پیزوالکتریک
  • فواید استفاده از پیزوالکتریک
  • مبانی فیزیکی سرامیک های پیزوالکتریک
  • پروسه ساخت سرامیک های پیزوالکتریک
  • انواع عملگرهای پیزوالکتریک
  • حسگرها
  • ثابتهای پیزوالکتریک
  • استخراج معادلات حاکم بر مواد پیزوالکتریک
• فصل سوم (تحلیل تیر ترمو پیزو الکتریک)
  • تعیین معادلات حاکم بر تیر ترموپیزوالاستیک تیموشنکو
  • مروری بر تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول
  • تعیین روابط کرنش-جابجایی تیر تیموشنکو بر اساس نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول
  • تعیین معادلات حرکت بر حسب جابجایی حاکم بر تیر تیموشنکو با استفاده از نسخه دینامیکی قانون جابجایی مجازی (قانون همیلتون).
  • تعیین معادلات حاکم بر تیر ترموپیزوالاستیک
  • حل معادله بدست آمده برای تیر تیموشنکو
  • صورت کلی مسأله طرح شده در این تحقیق
• فصل چهارم (نتایج عددی)
  • اطمینان از صحت حل ارائه شده
  • ارائه نمونه های عددی
  • بررسی اثرات برش عرضی بر روی رفتار دینامیکی تیر
  • کنترل انحنای تیر بوسیله اعمال ولتاژ الکتریکی
  • بحث و نتیجه گیری