توصيفگر ها :
پيزوالكتريك , فلكسوالكتريك , بارگذاري مغناطيسي , بارگذاري الكتريكي , دريافت انرژي از تير
چكيده فارسي :
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.
چكيده انگليسي :
ABSTRACT:
A structure is exposed to various static and dynamic forces. Static loads are less important than dynamic loads due to their stability over time. Because, these things are taken into account at the moment of design and their effect is applied, but into dynamic loading, due to changes in the applied load overtime, due to excitation characteristics of the structure, the load is constantly stimulated at different frequencies, which maybe one of the natural frequencies of the structure. Cause of occurrence of a state such as the failure of plastic deformation in a part of the structure,
the occurrence of linear behaviour in the structure, fatigue and failure of the structure. Therefor, the vibration behaviour of the structure and specially the natural frequencies of the system and the factors affectional their valve should be investigated. On the other hand, a method used to control the vibration behaviour of such structure is the use of piezoelectrics. In this case, the natural frequencies and mechanical strains of the structure can be controlled by using the piezoelectric property. This frequency control can be come important in the form of receiving and storing energy. In other words, in a situation where it is possible to receive the energy obtained from the oscillation and vibrations of a structure, especially a beam, by using the capabilities of piezoelectric layers. In addition to reducing damages and possible beam fractures, the obtained energies can be used in other sectors. As the first step, the effect of distribution of properties in flexoelectric material and boundry conditions on forced frequencies of beam with flexoelectric and piezoelectric material is investigated. The first four frequencies of the beam are presented for different boundry conditions and for the first four forced frequencies of the beam with different boundry conditions. Temperature change has little effect on beam forced frequencies. Examining the results shows that by increasing and changing the distribution of properties along the thickness of the beam, the forced frequencies of the beam increase in all cases. This position is due to the increased stiffness of the system, also the results show that, as expected, show is the beam the more frequencies the more increase. This position is due to the increased stiffness of the system. Also the effect of electric and magnetic loading on the forced frequencies of beams with flexoelectric materials and piezoelectric should be investigated. For this purpose, the beam with different boundry conditions was subiected to different amounts of electric and magnetic load, also the first four forced frequencies of the beam with flexoelectric materials are presented. Examining the result shows that with the increase of the magnetic load, the stiffness of the system increases and the frequency of the forced heave increase how ever with the increase of electrical loading, the stiffness of the system decreases and the forced frequencies decrease also with the increase in the length of the beam, the forced frequencies of the beam decrease which is expected because the increase in dimensions reduces the bending stiffness of the beam.
