بررسی اثر محرک پیزوالکتریک بر رفتار کمانش و ارتعاشی تیرهای اویلر- برنولی تحت نیروی محوری

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 3، دوره 27، شماره 2 - شماره پیاپی 14، شهریور 1395، صفحه 29-40   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum_mech.v27i2.37712

نویسندگان

حسن بیگلری؛ وحید عرب ملکی^* ؛ نیما جعفرزاده اقدم

دانشگاه تبریز

چکیده

استفاده از لایه‌های پیزوالکتریک تأثیر قابل ‌ملاحظه‌ای بر رفتار ارتعاشی و ظرفیت باربری سازه ها دارد. به‌منظور استفادۀ بهینه از مواد پیزوالکتریک می‌توان به‌جای لایۀ سرتاسری از وصله‌های پیزوالکتریک استفاده کرد. هدف تحقیق حاضر بررسی تأثیر وصله‌های پیزوالکتریک و شرایط مرزی بر رفتار کمانش و ارتعاشی تیر اویلر-برنولی تحت بار محوری می‌باشد. تأثیر تنش‌های اعمالی از طرف وصله‌های پیزوالکتریک با استفاده از تابع هوی ساید در معادلات حرکت اعمال شده و با استفاده از روش گالرکین، معادلۀ مشخصۀ حاکم بر رفتار ارتعاشی سیستم استخراج شده است. نتایج نشان می‌دهد که فرکانس‌های طبیعی و بار بحرانی تیر به ولتاژ، طول و موقعیت وصله‌های پیزوالکتریک و هم‌چنین نیروی محوری بستگی دارد که این تأثیرات با استفاده از نمودارهای مناسبی ارائه و مورد بحث قرار داده شده است. نتایج نشان می‌دهد که وصله‌های پیزوالکتریک واقع در وسط تیر بیشترین تأثیر را بر روی فرکانس‌های طبیعی و ظرفیت کمانش تیر دارند.

کلیدواژه‌ها

تیر اویلر- برنولی؛ فرکانس طبیعی؛ نیروی محوری؛ بار بحرانی کمانش؛ وصلۀ پیزوالکتریک

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EditNoMarkup.EA-3arabmaleki.pdf

مراجع

1. Chopra, I., "Review of state of art of smart structures and integrated systems", AIAA journal, 40(11), pp. 2145-2187, (2002).

2. Zhang, Z., Kan, J., Cheng, G., Jia, Y. and Wang, H., "Influence of multiple piezoelectric effects on sensors and actuators", Mechanical Systems and Signal Processing, 35(1), pp. 95-107, (2013).

3. Waisman, H. and Abramovich, H., "Variation of natural frequencies of beams using the active stiffening effect", Composites Part B: Engineering, 33(6), pp. 415-424, (2002).

4. Asadi, K., Ahmadian, H. and Jalali, H., "Micro/macro slip damping in beams with frictional contact interface", Journal of Sound and Vibration, 331(21), pp. 4704–4712, (2012).

5. Vashist, S.K. and Chhabra, D., "Optimal placement of piezoelectric actuators on plate structures for active vibration control using genetic algorithm", In SPIE Smart Structures and Materials Nondestructive Evaluation and Health Monitoring. International Society for Optics and Photonics, pp. 905720-905732, (2014).

6. Hernandes, J.A., Almeida, S.F.M. and Nabarrete, A., "Stiffening effects on the free vibration behavior of composite plates with PZT actuators", Composite structures, 49(1), pp. 55-63, (2000).

7. Wang, Q. and Quek, S.T., "Enhancing flutter and buckling capacity of column by piezoelectric layers", International journal of solids and structures, 39(16), pp. 4167-4180, (2002).

8. Sadek, I., Kucuk, I., Zeini, E., Adali, S., "Optimal boundary control of dynamics responses of piezo actuating micro-beams", Applied Mathematical Modeling, 33(8), pp. 3343–3353, (2009).

9. Maurini, C., Pouget, J. and Vidoli, S., "Distributed piezoelectric actuation of a bistable buckled beam", European Journal of Mechanics-A/Solids, 26(5), pp. 837-853, (2007).

10. Wang, Q., "On buckling of column structures with a pair of piezoelectric layers", Engineering structures, 24(2), pp. 199-205, (2002).

11. Kayacık. O., et al., "Integral equation approach for piezo patch vibration control of beams with various types of damping", Computers and Structures, 86, pp. 357–366, (2008).

12. Sridharan, S. and Kim, S., "Piezo-electric control of stiffened panels subject to interactive buckling", International Journal of Solids and Structures, 46(6), pp. 1527-1538, (2009).

13. Przybylski, J.,"Stability of an articulated column with two collocated piezoelectric actuators", Engineering Structures, 30(12), pp. 3739-3750, (2008).

14. Wang, Q., Varadan, V.K., "Transition of the buckling load of beams by the use of piezoelectric layers", Smart materials and structures, 12(5), pp. 696-702, (2003).

15. Della, C.N. and Shu, D., "Vibration of beams with piezoelectric inclusions", International journal of solids and structures, 44(7), pp. 2509-2522, (2007).

16. Sloss, J.M., Bruch, J.C., Sadek, I.S. and Adali, S., "Piezo patch sensor/actuator control of the vibrations of a cantilever under axial load", Composite Structures, 62(3), pp. 423-428, (2003).

17. Chhabra, D., Narwal, K. and Singh, P., "Design and Analysis of Piezoelectric Smart Beam for Active Vibration Control", International Journal of Advancements in Research & Technology, 1(1), pp. 1-5, (2012).

18. Aldraihem, O.J., Singh, T. and Wetherhold, R.C., "Optimal size and location of piezoelectric actuator/sensors: practical considerations", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 23(3),

pp. 509-515, (2000).

19. Khdeir, A.A. and Aldraihem, O.J.," Deflection analysis of beams with extension and shear piezoelectric patches using discontinuity functions", Smart Materials and Structures, 10(2), p. 212, (2001).

20. Aldraihem, O.J. and Khdeir, A.A., "Precise deflection analysis of beams with piezoelectric patches", Composite Structures, 60(2), pp. 135-143, (2003).

21. Nikkhoo, A., "Investigating the behavior of smart thin beams with piezoelectric actuators under dynamic loads", Mechanical Systems and Signal Processing, 45(2), pp. 513-530, (2014).

22. Ducarne, J., Thomas, O. and Deü, J.F., "Placement and dimension optimization of shunted piezoelectric patches for vibration reduction", Journal of Sound and Vibration, 331(14), pp. 3286-3303, (2012).

23. Crawley, E.F. and De Luis, J., "Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures", AIAA Journal, 25(10), pp. 1373-1385, (1987).

24. Lawrence, N., "Virgin-Vibration of Axially-Loaded Structures", Cambridge University Press, (2007).

25. Wang, Q. and Wang, C.M., "Optimal placement and size of piezoelectric patches on beams from the controllability perspective", Smart Materials and Structures, 9(4), pp. 558–567, (2000).