مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تأثیر ثابت توانی به‌عنوان معیاری برای طراحی استاتیکی ورق چند لایه پیزوالکتریک هدفمند در بارگذاری حرارتی

نویسندگان
دانشگاه صنعتی سهند
چکیده
در این مقاله، تحلیل ورق پیزوالکتریک هدفمند با لایه‌های پیزوالکتریک تحت گرادیان حرارتی به روش المان محدود مورد بحث و بررسی قرارگرفته‌است. برای مدل کردن توزیع پیوسته خواص مکانیکی، الکتریکی و حرارتی در راستای ضخامت، از مدل توانی ساده استفاده‌ شده است. با در نظر گرفتن جملات حرارتی در معادلات مشخصه ماده پیزوالکتریک (جملاتی که باعث جفت‌شدگی تغییرات دما به خواص پیزوالکتریک می‌شود) و استفاده از فرضیات سینماتیکی تئوری مرتبه اول برشی ورق، معادلات مشخصه ماده پیزوالکتریک بازنویسی شده است. سپس با استفاده از اصل کار مجازی، معادلات حاکم بر یک ورق پیزوالکتریک هدفمند به‌دست‌آمده و به روش المان محدود حل‌شده-است. برای حل معادلات از المان هشت گره‌ای استفاده‌شده است. نتایج برای سه نوع لایه چینی به ازای بارگذاری‌ حرارتی به‌دست‌آمده است. نمودارهای خیز و ولتاژ به ازای لایه‌ها و ثابت‌های توانی مختلف در شرایط مرزی مختلف نشان داده‌شده است. در این مقاله به بررسی تأثیر ثابت توانی بر رفتار استاتیکی (خیز و ولتاژ) ورق هدفمند تحت بارگذاری حرارتی پرداخته می‌شود. بررسی این پاسخ‌ها می تواند به عنوان معیارها و پارامترهایی برای طراحی سنسورها و مواد هوشمند در محیط های حرارتی درنظر گرفته ‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigation of power law index as a design criterion of statically loaded multilayered functionally graded piezoelectric plate in thermal environments

نویسندگان English

Bashir Behjat
Hossein Normohammadi
چکیده English

This paper investigates static behavior of multilayered functionally grated piezoelectric plates under thermal loads. The plate with functionally graded piezoelectric material (FGPM) is assumed to be graded through the thickness by a simple power law distribution in terms of the volume fractions of the constituents. Considering the thermal coefficients of piezoelectric material in the constitutive equations (the terms that will couple temperature effects to the piezoelectric properties, named pyroelectric constants) and using the kinematic assumptions of first-order shear plate theory (FSDT), the constitutive equation of FGP plate is written. Then, by using principle of virtual work, the governing equations of a FGP plate is obtained. These equations are solved by finite element method using eight node shell element. Functionally graded piezoelectric plate under static loading, different layers and boundary conditions are considered and results in various thermal loadings have been obtained. Deflection and voltage results for different power law exponent and different boundary conditions are shown. In this paper, the influence of power law index on the static behavior of FGPM plate (including deflection and voltage) under thermal loading is investigated. These responses can be used as a criteria for design of FGP sensors and actuators in the thermal environment.

کلیدواژه‌ها English

Piezoelectric
FGPM
Finite element
Thermal loading