دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
“M.S.C.” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد
مهندسی مکانیک – طراحی کاربردی
عنوان:
تحلیل تیر ترمو پیزوالکتریک
چکیده
بررسی رفتار تیرها با لای ه های پیزوالکتریک تحت اثر نیروهای مکانیکی و حرارتی در این رساله انجام
می شود. برای بررسی رفتار حرارتی از معادلات ترموپیزوالکتریسیته استفاده می شود. مدل تیر استفاده شده،
مدل تیر تیموشنکو است که تغییر شکل برشی مرتبه اول می باشد و معادلات حاکم بر حرکت تیر از اصول
تغییرات بدست می آید و از تأثیر میدانهای مکانیکی و الکتریکی بر میدان حرارتی صرفنظر م ی گردد . با
استفاده از حل بدست آمده، تأثیر برش عرضی بر رفتار دینامیکی تیر تحت بارگذاری حرارتی و مکانیکی
مورد مطالعه قرار می گیرد و چگونگی کنترل خمش ناشی از این بارگذاریها با استفاده اعمال ولتاژ، بررسی
می شود.
1) فصل اول
مقدمه
تغییرات دمایی یکی از عوامل مؤثر و یا گاهی عامل اصلی در تخریب سازه های مهندسی می باشد.
اعضاء جدار نازک که بعنوان مثال در پوسته رآکتورها، ساز ههای فضایی، توربین ها و اجزای دیگر مکانیس مها
بکار می روند، مستعد شکست ناشی از کمانش، خیز با دامن ههای زیاد و یا تن شهای اضافی در اثر بارهای
حرارتی و یا بارهای مرکب حرارتی- مکانیکی می باشند.
توسعه مواد هوشمند با اجزای پیزوالکتریک،پتانسیل زیادی را برای استفاده در صنعت و بخصوص
در زمین ههای فوق ایجاد نموده است. این مواد بخاطر اثرات مستقیم و معکوسی که دارند بهمراه خصوصیات
ذاتی و انطباقی شان قادرند خصوصیات مکانیکی و حرارتی بهتری را نشان دهند و در واقع مشکلات و مسائل
ناشی از بارهای حرارتی و یا بارهای مرکب حرارتی- مکانیکی را تا حدودی رفع نمایند.
بخاطر طبیعت مواد پیزوالکتریک که عمدتاً سنسور و یا محرک هستند، این مواد برای مطالعه و
بررسی واکنش سیستم های گسترده، بسیار اید هآل می باشند. مواد پیزوالکتریک که بوسیله محققین برای
حس کردن و کنترل کردن چنین سیستم هایی بکار می روند بصورت تیر، ورق و پوسته هستند. مواد
پیزوالکتریک یا به سطح سازه هوشمند چسبانده می شوند و یا درون سازه هوشمند قرار می گیرند.
با توجه به اینکه این مواد سبک، کم حجم، ساده، محکم و از لحاظ ابعادی کوچک هستند تعداد
زیادی از آنها را م یتوان در سازه مورد استفاده قرار داد بدون اینکه جرم سازه به میزان قابل توجهی زیاد
شود. علاوه بر این روی خواص مکانیکی و دینامیکی سیستم پیوسته تأثیر زیادی ندارد.
در زمینه مدل کردن رفتار سازه های پیزوالکتریک با استفاده از متد تحلیلی کارهایی انجام شده
است. مثلاً لین کی رونگ و دیگران بر اساس روابط ساختاری دو بعدی مواد پیزوالکتریک، یک حل تحلیلی
برای یک تیر هوشمند که توسط یک جفت محرک پیزوالکتریک تحریک شده است، ارائه داده اند. حل ارائه
شده براساس تعریف تابع تنش ” ایری” برای مواد پیزوالکتریک و تیر الاستیک بنا شده است.
کارهای قبلی اساساً در زمینه توسعه مدل های ساده شده برای کنترل ارتعاشات تیرها بوده است
این کار با توسعه ورق کلاسیک برای مشارکت اثرات پیزوالکتریک دنبال شد. در حقیقت توسعه
ورق کلاسیک منجر به تشکیل متدهای المان محدود برای تحلیل سازه های باهوش با استفاده از المان های
ورق و پوسته گردید.
بطور کلی، تئوری ورق کلاسیک برای ضخامت های کم نتایج قابل قبولی م یدهد اما این تئوری از
تنش های برشی بین لای های صرفنظر م یکند و در نتیجه برای لای ههای ضخیم و لایه هایی که خصوصیات غیر
همگن زیادی دارند دقت خیلی کمی دارد. برای رفع این محدودیت تئوری کلاسیک، نظریه مراتب بالاتر 3
بوجود آمد. نظریه مراتب بالاتر جایگزین نسبتاً ساده و از نظر محاسباتی مؤثرتری برای تئوری کلاسیک
ارائه می کند که برای بسیاری از موارد مناسب می باشد.
در همه متدهای مشروح فوق از اثرات حرارتی چه بصورت پاسخ فعال و چه بصورت پاسخ سنسوری
در سازه های هوشمند صرفنظر شده بود. زمانیکه سازه پیزوالکتریک باید در محیطی خیلی داغ یا سرد کار
کند، اثرات حرارتی مهم م یباشد. این شرایط بالای حرارتی ممکن است از سه طریق مجزا بر روی پاسخ
سازه پیزوالکتریک، به شدت اثر گذار باشد:
1. تولید تنش حرارتی ناشی از اختلاف ضرایب انبساط حرارتی بین لایه های پیزوالکتریک و
رشته های ماده مرکب.
2. پدیده پیروالکتریک 4 (مثلاً تغییر در جابجایی الکتریکی ناشی از کوپل رفتار مکانیکی و
حرارتی ماده پیزوالکتریک).
3. وابستگی حرارتی خصوصیات د یالکتریک، پیزوالکتریک و الاستیک.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند