عنوان پایان‌نامه
مدلسازی ، آنالیز ترمو الکترومکانیکی وکنترل شکل سازه های پیزو الکتریک با خواص متغیر
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1657;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 43241
- تاریخ دفاع
- ۱۶ دی ۱۳۸۸
- دانشجو
- ایمان اشراقی
- استاد راهنما
- عقیل یوسفی کماء
- چکیده
- مواد هوشمند و در راس آنها مواد پیزوالکتریک در سالهای اخیر توجه زیادی را به خود جلب نموده و سازه های ساخته شده از این مواد به طور وسیعی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. تاکنون تحقیقات فراوانی در خصوص رفتار سازه های دارای حسگرها و عملگرهای پیزوالکتریک سنتی انجام شده است. علاوه بر آن مواد با خواص متغیر (Functionally Graded Materials) به سبب برتری هایی که بر مواد کامپوزیتی چندلایه دارند نیز در دهه اخیر مورد توجه قرار گرفته اند. آنچه در این پایان نامه به آن پرداخته شده است، تحلیل اجزای محدود تیرها و صفحات عملگر پیزوالکتریک با خواص متغیر، عملگرهای Functionally Graded Piezoelectric Materials (FGPM)، در حوزه استاتیکی و دینامیکی و کنترل شکل استاتیک آنها می باشد. تئوری برشی مرتبه اول برای مدلسازی میدان جابجایی در داخل سازه به کار رفته است و روابط کرنش-تغییر مکان خطی فرض شده است. سپس المانهای خطی و مرتبه دوم تیر و صفحه جهت بررسی رفتار خمشی این سازه ها تحت اثر بارگذاری مکانیکی، حرارتی، و الکتریکی ایجاد شده است. جهت حل زمانی معادلات حاکم بر رفتار سازه در حوزه دینامیکی از روش مربع سازی تفاضلات (Differential Quadrature Method) استفاده شده است. صحت مدل اجزای محدود با مقایسه نتایج حاصل از آن با نتایج تحلیلی موجود مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه به مطالعه پارامتری رفتار تیرها و صفحات عملگر FGPM پرداخته شده است. برای کنترل شکل استاتیکی سازه از الگوریتم Buildup Voltage Distribution (BVD)، که به خوبی قابل بیان در یک مدل اجزای محدود می باشد، استفاده شده است. در پایان ایجاد تغییرشکلهای متقارن و پادمتقارن خمشی در تیرها و صفحات FGPM به کمک الگوریتم BVD مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است.
- Abstract
- Smart materials, including piezoelectric materials, have gained great attention in recent years and have been widely used in various industrial design applications. Several different researches have been conducted on this class of materials, mostly to identify the behavior of such structures with integrated or embedded piezoelectric sensors and actuators. Functionally graded materials (FGMs) are another class of materials in which material properties vary continuously in one (or more) direction(s). Because of the superiority of FGMs over traditional layered composites, FGMs have gained great attention in the past two decades for engineering design applications as well. In this thesis, finite element modeling of structures composed of functionally graded piezoelectric materials (FGPM) for static and dynamic analyses as well as their corresponding shape control are considered. First order shear deformation plate theory with the assumption of linear strain-displacement relation is used for modeling displacement and strain fields in these structures. One and two dimensional linear and quadratic continuum elements with five displacement mechanical degrees of freedom and one electric potential degree of freedom assigned to each node are developed to investigate the bending behavior of FGPM beam and plate actuators under thermo-electro-mechanical loads. Differential Quadrature Method (DQM) is used to solve the finite element equations of the structure in temporal domain. The developed finite element code is validated by available analytical solutions for simple deformation cases. Furthermore, parametric study of bending behavior of FGPM structures is performed. Buildup Voltage Distribution (BVD) algorithm is used for the problem of shape control because of its simple integration and implementation with the developed finite element code. Several different cases for shape control of symmetrical and anti-symmetrical flexural deflection of FGPM beams and plates are considered and numerically solved with the developed finite element code as the engineering application problems of the present work.
