تحلیل دوبعدی الکتروالاستیک استوانه‌های جدار ضخیم پیزوالکتریک با استفاده از نظریه‌های تغییر شکل برشی و پتانسیل الکتریکی مرتبه یک

نویسندگان

1 گروه جامدات، دانشکده مهندسی مکانیک و مکاترونیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 صنعتی شاهرود

doi
10.22060/mej.2019.16689.6421
چکیده

امروزه، عملگرها و حسگرها، جایگاه ویژه‌ای در جهان علم و صنعت دارند. بنابراین تحلیل الکتروالاستیک مواد پیزوالکتریک از موضوعات مورد توجه‌ پژوهشگران بوده تا بتوانند درک صحیحی از رفتار سازه‌‌ها بیابند و با بهینه‌سازی آن‌ها، گام مؤثری در طراحی و ساخت سازه‌ها بردارند. در پژوهش حاضر با استفاده از روش انرژی، نظریه‌ تغییر شکل برشی مرتبه‌ یک و نظریه پتانسیل الکتریکی مرتبه یک، معادلات حاکم استوانه‌ها‌ی جدار ضخیم پیزوالکتریک که تحت بارگذاری الکتریکی و مکانیکی در لایه‌های داخلی و خارجی استوانه و دارای شرایط مرزی مختلف در دو سر استوانه، استخراج شده است. سپس یک حلّ تحلیلی و ریاضی برای دستگاه معادلات حاکم بر پوسته استوانه‌ای ارائه می‌شود و با استفاده از این حل، نتایج مربوط به رفتار الکترومکانیکی استوانه برای شرایط مرزی مختلف الکتریکی و مکانیکی استخراج شده و با نتایج عددی حاصل از روش اجزای محدود مقایسه و بررسی می‌شوند. حل تحلیلی ارائه شده در این پژوهش، زیرمجموعه حل‌های سری‌گونه نیست و نیاز به بررسی همگرایی پاسخ ندارد. هم‌چنین حل ارائه ‌شده، از حجم محاسباتی کم‌تری نسبت به حل‌های سری‌گونه برخوردار است. نتایج به‌دست آمده از دو روش تحلیلی و عددی، دارای تطابق خوبی بوده و نشان می‌دهند که حل تحلیلی ارائه شده با دقّت مطلوب، قابل استفاده می‌باشد.