بررسی استاتیکی تیر کامپوزیتی هوشمند مجهز به عملگر خمشی/برشی پیزوالکتریک با استفاده از تئوری‌های مختلف با در نظر گرفتن اثر پواسون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسى مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 کارشناسى ارشد، دانشکده مهندسى مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، خیز استاتیکی تیر چندلایه کامپوزیتی مجهز به وصله پیزوالکتریک در دو حالت عملگر خمشی و برشی بررسی شده است. برای مدلسازی تیر از تئوری‌های مرتبه اول و مرتبه بالای برشی استفاده شده است. منتجه‌های تنش وصله‌ پیزوالکتریک توسط تابع هوی‌ساید مدل شده‌اند. برای بدست آوردن پاسخ تحلیلی استاتیکی تیر با شرایط مرزی متفاوت، از روش فضای حالت استفاده شده است. تاثیر اثرات پوآسون مکانیکی و الکتریکی، تئوری تیر مورد استفاده، طول عملگر، محل وصله پیزوالکتریک، لایه‌چینی تیر و شرایط مرزی آن روی خیز استاتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، پاسخ استاتیکی تیر مجهز به لایه کامل پیزوالکتریک استخراج و با پاسخ تیر مجهز به وصله پیزوالکتریک که طول آن به سمت طول تیر میل داده شده است، مقایسه گشته است. نتایج نشان می‌دهند که نادیده گرفتن اثر پوآسون در حالت عملگر خمشی برای تیر چندلایه زاویه‌دار باعث خطای قابل توجهی می‌شود. نتیجه مهم دیگر آنکه، چنانچه طول وصله پیزوالکتریک در تیر هوشمند به سمت طول تیر میل داده شود، نتایج با رفتار تیر مجهز به لایه کامل پیزوالکتریک در مود عملگر برشی یکسان نخواهد بود. علت این امر، مشارکت نداشتن وصله پیزوالکتریک در شرایط مرزی برشی تیر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Static response of smart beams equipped with extension/shearing piezoelectric patches considering Poisson's effect based on different theories

نویسندگان [English]

  • hasan biglari 1
  • Milad Nazarzadeh Ansaroudi 2
  • Sevda Rezazadeh Movahhed 2
2 Univesity of Tabriz
چکیده [English]

This paper deals with the effect of Poisson's ratio on the static response of smart laminated composite beams. The actuation performance of smart beams with extension and shear mode piezoelectric orientation has been investigated. The first order and high order shear deformation beam theory has been implemented for modelling the problem. The piezoelectric stress resultants are expressed in terms of Heaviside discontinuity functions. The state space approach is used to obtain an analytical solution for the response of smart beams with different boundary conditions. The effect of actuator length, location of piezoelectric patches, order of theory, fibre orientation, boundary condition and Poisson's ratio on the beam deflection, has been investigated. Also the response of beam with complete piezoelectric layer has been obtained with the same procedure and compared with the solution for the beams with piezoelectric patch of same length. Results show that neglecting Poisson's effect in calculations causes significant errors in the response of angle ply beam with extension mode actuators.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smart beam
  • extension and shear actuator
  • Piezoelectric pacthes
  • Different boundary conditions
  • Poisson effect

مراجع

[1] Aldraihem O. J.; Khdeir A. A., 2003. “Precise deflection analysnis of beams with piezoelectric patches.” Composite Structures: 60, 135-143.
[2] Zhang X. D.; Sun C. T., 1995. “Formulation of an adaptiv sandwich beam.” Smart Mater. Struct.: 4, 202-6.
[3] Benjeddou A.; Trindade M. A., 1999. Ohayon R.;“New Shear Actuated Smart Structure Beam Finite Element.” AIAA Journal: 37.
[4] Cheng Z. Q.; Lim C. W.; Kitipornchai S., 1999. “Threedimensional exact solution for inhomogeneous and laminated piezoelectric plates.” International Journal of Engineering Science: 37, 1425-1439.
[5] Aldraihem O. J.; Khdeir A. A., 2003. “Exact deflection solutions of beams with shear piezoelectric actuators.”International Journal of Solids and Structures: 40,1–12.
[6] Aldraihem O. J.; Khdeir A. A., 2006. ” Analytical solutions of antisymmetricangle-ply laminated plates with thickness–shear piezoelectric actuators.” Smart Mater. Struct.: 15, 232–242.
[7] Thinh T. I.; Ngoc L. K., 2010. “Static behavior and vibration control of piezoelectric cantilever composite plates and comparison with experiments.” Computational Materials Science: 49, S276–S280.
[8] Li X. Y.; Wu J.; Ding H. J.; Chen W. Q., 2011.“3D analytical solution for a functionally graded transversely isotropic piezoelectric circular plate under tension and bending.” International Journal of Engineering Science: 49, 664–676.
[9] Khdeir A. A.; Aldraihem O. J., 2011. “Exact analysis for static response of cross ply laminated smart shells.”Composite Structures: 94, 92–101.
[10] Behjat B.; Khoshravan M. R., 2012. “Geometrically nonlinear static and free vibration analysis of functionally graded piezoelectric plates.” Composite Structures: 94, 874–882.
[11] Khdeir A. A.; Aldraihem O. J., 2013. “Analytical investigation of laminated arches with extension and shear piezoelectric actuators.” European Journal of Mechanics A/Solids: 37, 185-192.
[12] Meirovitch L., 1967. “Analytical Methods In Vibrations” , Macmillan Publishing Co.
[13] Khdeir A. A.; Aldraihem O. J., 2001. “Deflection analysis of beams with extension and shear piezoelectric pathes using discontinuity functions.”Smart Mater. Struct.: 10, 212-220.
[14] Nazarzadeh Ansaroudi M.; Biglari H.; Jahangiri V.,2013. “Poisson and rotary inertia effects on natural frequency of composite beam based on high order theories”, 3rd conference on acoustics and vibration (ISAV2013), Tehran, Iran, December 25-26.
[15] Zhen W.; Wanji C., 2008. “An assessment of several displacement-based theories for the vibration and stability analysis of laminated composite and sandwich beams.” Composite Structures: 84, 337-349.
[16] Aldraihem O. J., Khdeir A. A, 2000. “Smart Beams with Extension and Thickness- Shear  iezoelectric Actuators” Smart Mater. Struct. 9 , 1- 9.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 48، شماره 4
دی 1395
صفحه 371-378

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار