مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه میکرومکانیکی رفتار الکترو-الاستیک کامپوزیت های حاوی الیاف پیزوالکتریکی با استفاده از روش عددی بدون المان گلرکین

نویسندگان
محقق/دانشگاه صنعتی امیرکبیر
چکیده
یک مدل میکرومکانیکی دوبعدی،برپایه فرضیات کرنش صفحه ای توسعه یافته برای مطالعه رفتار الکترو-الاستیک کامپوزیت های پیزوالکتریکی الیافی با پولاریزاسیون عرضی ارائه می گردد.کوچک ترین عضو تکرار شونده از کامپوزیت به عنوان المان نماینده انتخاب می شود که 1/4 از سطح مقطع فایبر را با ماتریسی که آن را در برگرفته به نمایش می گذارد.این کامپوزیت،حاوی الیافی بلند و موازی ازجنس موادپیزوالکتریکی با خواص ایزوتروپیک عرضی است که فرض می شود این الیاف با آرایش مربعی درون زمینه ی پلیمری با خواص ایزوتروپیک، در اتصال کامل می باشند.همچنین ماتریس از لحاظ پیزوالکتریسیته غیرفعال بوده و فرض می شود که اجزای کامپوزیت از رفتار الاستیسیته و الکتریسیته خطی تبعیت می کنند. در این پژوهش، روش عددی بدون المان گلرکین برای حل معادلات حاکم بر مسأله به کار گرفته می شود. در این روش، برای تقریب متغیر میدان از ساختار توابع شکل حداقل مربعات متحرک استفاده می گردد. مقایسه نتایج حاضر با سایر تکنیک های موجود در مقالات چاپ شده، موافقت خوبی را به نمایش می گذارد.نتایج حاکی از این موضوع است که ضریب پیزوالکتریکیe31درحالت پولاریزاسیون عرضی نسبت به همان ضریب در حالت ماده پیزوخالص،بهبود قابل ملاحظه ای را نشان می دهد.بررسی ها نشان می دهدکه در حالت پولاریزاسیون عرضی،الیاف با سطح مقطع بیضوی،میزان حساسیت الکتریکی کامپوزیت را برای یک راستای خاص نسبت به نوع دایروی چندین برابر تقویت می کنند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A micromechanical study on the electro-elastic behavior of piezoelectric fibrous composites using element free Galerkin method

نویسندگان English

Mohammad Mohammadi Aghdam
Mehdi Eynbeygi
Teacher assistant/Amirkabir University of Technology
چکیده English

A two dimensional generalized plane strain micromechanical model is developed to study electro-elastic behavior of piezoelectric fiber reinforced composites (PFRC) with transverse polarization. A small repeating area of the composite, representing a quarter of fiber surrounded by matrix is considered as representative volume element (RVE). The composite system consists of long parallel piezoelectric fibers with transversely isotropic properties and perfectly bounded to the isotropic matrix in a square array arrangement. In addition, the constituents are assumed to have both linear elastic and electrical behavior, whereas, the matrix is piezoelectrically passive. The element free Galerkin method is employed to obtain solution for the governing system of partial differential of equations. In this method, the Moving Least Square shape functions are used to approximate the field variable at arbitrary point. Comparison of the presented results with other techniques available in the literature reveals good agreement. It is demonstrated that the piezoelectric coefficient “e31” in the transverse polarization is considerably improved in comparison with corresponding coefficient of pure piezoelectric material. Furthermore, as a result, it is found that fibers with elliptical cross section may enhance the amount of electrical sensitivity of PFRC several times than circular fibers in a specific direction.

کلیدواژه‌ها English

Micromechanical model
Element free Galerkin method
Piezoelectric fibrous composites
Electro-elastic properties