اثر تخلخل بر تغییر فرم غیر خطی نوک عملگرهایهای پیزو الکتریک هدفمند
نویسندگان
1 دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی
2
doi
10.71905/jnm.2025.1192998چکیده
مقدمه : سازه های به شکل تیر خصوصاً عملگرهای با مود خمشی به دلیل سهولت ساخت و انعطاف در طراحی نسبت به سایر کاربردها رایج تر ی داشته و بیشتر مورد توجه محققین قرارگرفته است. روش : در این مطالعه، رفتار غیر خطی هندسی عملگرهای متخلخل پیزوالکتریک هدفمند سهبعدی تحت بارهای الکترومکانیکی مورد بررسی قرار گرفتهاست. ترم های غیر خطی فون - کارمن برای در نظر گرفتن تغییر شکلهای غیر خطی هندسی در رابطه جابجایی- کرنش لحاظ شدهاند.. معادلات حاکم و شرایط مرزی مربوطه با استفاده از اصل حساب تغییرات به دست آمدهاند. به منظور حل معادلات حاکمه غیر خطی، از روش تکراری نیوتن - رافسون و یک المان چهاروجهی ده گره ای و از طریق محیط کد نویسی پایتون در پلتفرم المان محدود منبع باز فنیکس FEniCS استفاده شده است. یافته ها : اثرات شاخصهای مختلف توانی، تخلخل ، نسبت طول به ضخامت و اندازه بارهای اعمالی بر تغییر فرم نوک عملگر متخلخل پیزوالکتریک هدفمند مورد بررسی قرار گرفتهاست. حساسیت الگوهای مختلف توزیع تخلخل در راستای ضخامت بر تغییر فرم بدون بعد نوک عملگر بررسی شدهاست. نتیجه گیری : توزیع تخلخل یکنواخت بیشترین تأثیر و توزیع تخلخل مرکزی کمترین تأثیر را میپذیرد. بهعلاوه، تغییرات در شاخص کسر حجمی در محدوده 0 تا 1 بیشترین نرخ تغییر در جابجایی نوک عملگر را دارد. با مقایسه نتایج مشخص شد که تئوری خطی در مقایسه با تئوری غیر خطی، تغییر فرمها را در مقادیر بارگذاری الکترومکانیکی قوی بیش از مقدار واقعی پیشبینی میکند. یافتههای این مطالعه میتواند در طراحی و ساخت عملگرهای متخلخل پیزوالکتریک هدفمند مورداستفاده قرار گیرد.
