ارائه مدلي به منظور دريافت انرژي از تير داراي لايه هاي پيزو با خاصيت مواد فلكسوالكتريك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

چكيده يك سازه در معرض نيروهاي مختلف استاتيكي و ديناميكي قرار مي‌گيرد، بارهاي استاتيكي با توجه به ثابت بودن در طول زمان نسبت به بارهاي ديناميكي اهميت چنداني ندارند. زيرا در لحظه طراحي اين موارد در نظر گرفته شده و تأثير آن‌ها اعمال مي‌گردد ولي در بارگذاري ديناميكي ، به دليل تغييرات بار اعمالي در طول زمان به‌ واسطه خصوصيات تحريكي بار، سازه همواره در فركانس‌هاي مختلفي تحريك مي‌شود كه ممكن است اين فركانس، يكي از فركانس‌هاي طبيعي سازه باشد كه باعث بروز حالتي مانند: شكست، تغيير شكل پلاستيك در قسمتي از سازه، بروز رفتارغيرخطي‌ در سازه، خستگي و شكست سازه گردد. از اين رو مي‌بايست رفتار ارتعاشي سازه و به ويژه فركانس‌هاي طبيعي سيستم و عوامل موثر بر مقدار آن‌ها مورد بررسي قرار گيرد. از سويي ديگر يكي از روش‌هايي كه براي كنترل رفتار ارتعاشي چنين سازه‌هايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد، استفاده از پيزوالكتريك‌ها مي‌باشد. در اين حالت با استفاده از خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌توان فركانس‌هاي طبيعي و كرنش‌هاي مكانيكي سازه را كنترل نمود. اين كنترل فركانس مي‌تواند در قالب دريافت و ذخيره انرژي اهميت پيدا كند. به عبارتي در شرايطي كه بتوان انرژي حاصل شده از نوسانات و ارتعاشات يك سازه به‌خصوص تير را با بهره‌گيري از قابليت‌هاي لايه‌هاي پيزوالكتريك دريافت نمود، مي‌توان علاوه بر كاهش خسارات و شكستگي‌هاي احتمالي تير، انرژي بدست آمده را در بخش‌هاي ديگر مورد استفاده قرار داد. در اين حالت با استفاده از خاصيت پيزوالكتريسيته مي‌توان فركانس‌هاي طبيعي و كرنش‌هاي مكانيكي سازه را كنترل نمود. اين كنترل فركانس مي‌تواند در قالب دريافت و ذخيره انرژي اهميت پيدا كند. به عبارتي در شرايطي كه بتوان انرژي حاصل شده از نوسانات و ارتعاشات يك سازه به‌خصوص تير را با بهره‌گيري از قابليت‌هاي لايه‌هاي پيزوالكتريك دريافت نمود، مي‌توان علاوه بر كاهش خسارات و شكستگي‌هاي احتمالي تير، انرژي بدست آمده را در بخش‌هاي ديگر مورد استفاده قرار داد. به عنوان اولين قدم، تاثير توزيع خواص در ماده فلكسوالكتريك و شرايط مرزي بر روي فركانس‌هاي اجباري تير داراي مواد فلكسوالكتريك و پيزوالكتريك مورد بررسي قرار مي‌گيرد. چهار فركانس اول تير به ازاي شرايط مرزي مختلف و براي چهار فركانس اجباري اول تير با شرط مرزي‌هاي مختلف ارائه شده است. تغيير دما تاثير چنداني بر روي فركانس‌هاي اجباري تير ندارد. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش و تغيير توزيع خواص در راستاي ضخامت تير، فركانس‌هاي اجباري تير در تمامي حالات افزايش مي‌يابد. اين موضوع بيانگر افزايش سفتي در تير مي‌باشد. همچنين نتايج نشان مي‌دهد مطابق با انتظار هر چه تير گيردار مي‌شود فركانس‌هاي آن افزايش مي‌يابد. اين موضع به دليل افزايش سفتي سيستم مي‌باشد. همچنين اثر بارگذاري الكتريكي و مغناطيسي بر روي فركانس‌هاي اجباري تير داراي مواد فلكسوالكتريك و پيزوالكتريك بررسي مي‌گردد. بدين منظور تير با شرايط مرزي مختلف تحت مقادير مختلفي از بارالكتريكي و مغناطيسي قرار گرفت همچنين چهار فركانس اجباري اول تير داراي مواد فلكسوالكتريك ارائه مي‌گردد. بررسي نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش بار مغناطيسي سفتي سيستم بيشتر شده و فركانس‌هاي اجباري افزايش مي-يابد، حال آن‌كه با افزايش بارگذاري الكتريكي سفتي سيستم كاهش پيدا كرده و فركانس‌هاي اجباري كاهش مي يابد. همين‌طور با افزايش طول تير فركانس‌هاي اجباري تير كاهش مي‌يابد كه اين موضوع قابل انتظار بود، زيرا افزايش ابعاد باعث كاهش سفتي خمشي تير مي‌گردد.

224007

طراحي كاربردي

فني مهندسي گلپايگان

دانشگاه صنعتي اصفهان