مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل دقیق پاسخ-بسته ارتعاشات آزاد ورق های نسبتاً ضخیم مستطیلی ساخته شده از مواد هدفمند با لایه پیزوالکتریک

نویسندگان
1 استاد/ دانشگاه علم و صنعت
2 دانشجو/دانشگاه علم و صنعت
چکیده
در این مقاله، تحلیل ارتعاشات آزاد ورق مستطیلی نسبتاً ضخیم هدفمند (FG) با لایه های هوشمند براساس تئوری میندلین و ارائه یک حل دقیق پاسخ-بسته، مورد بررسی قرار گرفته است. این ساختار متشکل از یک ورق FG و دو لایه پیزوالکتریک می باشد. در این حل فرض بر آن است که دو لبه ی مقابل ورق دارای شرط مرزی ساده (یعنی ورق مستطیلی Levy-type) باشند. لایه های پیزوالکتریک مدار بسته در نظر گرفته شده اند، بنابراین از این ورق می توان به عنوان محرک استفاده کرد. برای بیان نحوه توزیع خواص در ماده FG، از یک مدل تابع توانی استفاده می‌شود. با استفاده از اصل همیلتون و معادله الکترواستاتیکی ماکسول، شش معادله دیفرانسیل وابسته بدست می آید. به منظور حل معادلات مذکور، یکسری توابع کمکی و پتانسیل جدید معرفی شده و از روش جداسازی متغیرها استفاده می‌شود. دقت فرکانس های بدست آمده به وسیله انجام یکسری مطالعات مقایسه ای با مقالات موجود و همچنین تحلیل المان محدود تایید می شود. در حل دقیق حاضر امکان پیش بینی مدهای درون-صفحه ای نیز علاوه بر مدهای خارج-صفحه ای با دقت بسیار بالایی میسر می شود. همچنین، تاثیر پارامترهای ورق مانند شرایط مرزی، اندیس گرادیانی و افزایش ضخامت لایه پیزوالکتریک بر روی فرکانس های طبیعی ورق مورد بررسی قرار می گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Exact Closed-form Free Vibration Analysis of Moderately Thick Rectangular Functionally Graded Plates with Two Bonded Piezoelectric Layers

نویسندگان English

shahrokh Hosseini Hashemi 1
hoda akhavan 2
mohammad fadaee 2
1 professor/Iran University of Science and Technology
2 student/ Iran University of Science and Technology
چکیده English

In this paper, free vibration analysis of moderately thick smart FG rectangular plate is presented on the basis of Mindlin plate theory. This structure is composed of a host FG plate and two bonded piezoelectric layers. The plate has two opposite edges simply supported (i.e., Levy-type rectangular plates). The closed circuit piezoelectric layers can be used as an actuator. According to a power-law distribution of the volume fraction of the constituents, material properties vary continuously through the thickness of host plate. Using Hamilton's principle and Maxwell electrostatic equation, six complex coupled equations are introduced. These equations are exactly solved introducing the new potential and auxiliary functions as well as using separation of variables method. The accuracy of the frequencies is verified by the available literature and the finite element method. The present exact solution can accurately predict not only the out of plane, but also the in-plane modes of FG plate. Finally, the effects of various parameters such as boundary conditions, gradient index and thickness of piezoelectric layers on the natural frequency are investigated.

کلیدواژه‌ها English

FGM
natural frequency
Mindlin theory
Power-Low Distribution