شماره مدرك
21177
شماره راهنما
18152
پديد آورنده
رشيدي، سلمان
عنوان
طراحي و ساخت تكاندهنده پيزوالكتريك جهت تست ارتعاشي سازهها و كاليبراسيون شتاب سنجها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ساخت و توليد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
سيزده، 70ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
تكاندهنده , سراميك پيزوالكتريك , تستهاي ارتعاشي , بارگذاريخستگي , تحليل اجزاي محدود , كاليبراسيون شتابسنج
تاريخ ورود اطلاعات
1405/04/27
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/29
كد ايرانداك
23213679
چكيده فارسي
در طول چند دهه گذشته، پژوهشهاي زيادي درجوامع تحقيقاتي صنعتي و دانشگاهي براي استفاده از مواد پيزوالكتريك به عنوان محرك انجام شده است. اين محركها ميتوانند تا حد زيادي بر معايب مرتبط با محركهاي سنتي مرسوم غلبه كنند. مواد پيزوالكتريك داراي خاصيت كوپلينگ مستقيم هستند، يعني ميتوانند يك جريان الكتريكي را به تغيير شكل مكانيكي تبديل كنند و بالعكس. در اين پاياننامه سراميكهاي پيزوالكتريك به عنوان محرك در ساخت تكاندهنده به كار گرفته شدند. هدف اصلي اين پاياننامه طراحي و ساخت يك تكاندهنده پيزوالكتريك به عنوان جايگزيني براي تكاندهندههاي الكتروديناميكي در برخي از تستهاي ارتعاشي و كاليبراسيون شتابسنجها است. تكاندهندههاي پيزوالكتريك ميتوانند تداخل الكترومغناطيسي كه در تكاندهندههاي الكتروديناميكي وجود دارد را حذف و چگالي توان مبدل را افزايش دهند. در آزمايشگاههاي تحقيقاتي از تكاندهندهها با محرك پيزوالكتريك اغلب براي انجام تستهاي ارتعاشي و آزمايشهاي خستگي فركانس بالا استفاده ميشود. با وجود گسترش كاربرد مواد پيزوالكتريك در سيستمهاي محرك و ارتعاشي، بخش عمدهاي از پژوهشهاي پيشين بر توسعه مواد، مدلسازي رفتاري مواد پيزوالكتريك يا كاربرد آنها در مقياسهاي كوچك متمركز بودهاند. برخلاف بسياري از پژوهشهاي قبلي كه از محركهاي پيزوالكتريك تجاري بهعنوان يك جزء آماده استفاده كردهاند، در اين پژوهش، پس از طراحي و انتخاب مواد مناسب براي قسمتهاي مختلف تكاندهنده، مدل سهبعدي تكاندهنده تهيه و تحليل مودال و پاسخ فركانسي آن با استفاده از روش اجزاي محدود در نرم افزار انسيس انجام شد. با توجه به احتمال حضور فركانسهاي تشديد در بازه كاري تكاندهنده، تحليل ديناميكي سيستم به منظور پيشبيني رفتار ارتعاشي و جلوگيري از تشديدهاي ناخواسته صورت گرفت. پس از ساخت قطعات و مونتاژ دستگاه، بهمنظور اعتبارسنجي مدل عددي استفاده شده و تحليل اجزاي محدود، آزمونهاي تجربي تكاندهنده انجام شد و با استفاده از سنسورهاي شتابسنج و دستگاه تحليل و جمعآوري داده، مقادير جابجايي و سرعت ناحيه تست درب تكاندهنده اندازهگيري شد. نتايج حاصل از مقايسه دادههاي تجربي و شبيهسازي نشاندهنده تطابق قابل قبول مدل اجزاي محدود و آزمونهاي تجربي تكاندهنده است.
چكيده انگليسي
Over the past few decades, numerous studies have been conducted in both industrial and academic research communities on the use of piezoelectric materials as actuators. These actuators can largely overcome the limitations associated with conventional actuation systems. Piezoelectric materials exhibit the direct piezoelectric effect, enabling them to convert electrical energy into mechanical deformation and vice versa. In this thesis, piezoelectric ceramics were employed as actuators in the fabrication of a piezoelectric shaker. The primary objective of this research was to design and develop a piezoelectric shaker as an alternative to electrodynamic shakers for selected vibration testing applications and accelerometer calibration. Piezoelectric shakers can eliminate the electromagnetic interference inherent in electrodynamic shakers while providing higher power density. Consequently, they are widely used in research laboratories for vibration testing and high-frequency fatigue experiments. Despite the growing application of piezoelectric materials in actuation and vibration systems, the majority of previous studies have focused on material development, constitutive modeling of piezoelectric behavior, or microscale applications. Unlike many previous studies that employed commercially available piezoelectric actuators as off-the-shelf components, this research involved the complete design of the shaker. After selecting appropriate materials for the different components, a three-dimensional model of the shaker was developed, and its modal and frequency response analyses were performed using the finite element method (FEM) in ANSYS. Considering the possibility of resonance frequencies occurring within the operating frequency range, a dynamic analysis of the system was conducted to predict its vibration behavior and prevent undesirable resonance. After manufacturing the components and assembling the device, experimental tests were carried out to validate the numerical model and the finite element analysis. Using accelerometers and a data acquisition and analysis system, the displacement and velocity of the shaker test surface were measured. The comparison between the experimental results and the numerical simulations demonstrated good agreement, confirming the validity and accuracy of the developed finite element model for predicting the dynamic behavior of the piezoelectric shaker.
استاد راهنما
محسن صفوي
استاد داور
عليرضا فدائي تهراني , امين اله محمدي