تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری مواد پیزوالکتریک مبتنی بر روش نیمهتحلیلی اجزاء محدود با مرز مقیاس شده
نویسندگان
1 صنعتی شاهرود-مهندسی مکانیک
2 پژوهشکده فناوری نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
3 پژوهشکده فناوری نو، دانشگاه صنعتی امیرکبیر
doi
10.22060/mej.2019.16027.6255چکیده
امروزه استفاده از مواد پیزوالکتریک بهعنوان گونهای از مواد هوشمند در صنایع مختلف توسعه چشمگیری داشته است. مدلسازی دقیق رفتار این مواد، نقش مهمی در درک مکانیزم عملکردی و همچنین گسترش روشهای جدید مبتنی بر رفتار وابسته الکتریکی-مکانیکی آنها ایفا میکند. این در حالی است که هزینه بالای محاسباتی روشهای عددی موجود برای شبیهسازی رفتار ارتعاشی مواد پیزوالکتریک، بهخصوص در فرکانسهای بالا، از چالشهای جدی این حوزه محسوب میشود. هدف از این پژوهش استفاده از یک روش نیمهتحلیلی نوین موسوم به روش اجزاء محدود با مرز مقیاسشده بهمنظور تحلیل ارتعاشات آزاد و اجباری وصلههای پیزوالکتریک است. ترکیب اصول حاکم بر دو روش عددی اجزاء محدود و اجزاء مرزی در روش حاضر، امکان تحلیل هرگونه معادله مشتق جزئی را بهصورت نیمهتحلیلی با هزینه محاسباتی بسیار پایینتر نسبت به روش اجزا محدود را فراهم میکند. بهمنظور ارزیابی دقت این روش در مدلسازی مسائل مختلف مانند رفتار ماده پیزوالکتریک در مسائل پایش سلامت و همچنین مکانیک شکست، 4 مسئله موردی شامل ارتعاشات آزاد و اجباری وصله پیزوالکتریک، وصله پیزوالکتریک متصل به سازه آلومینیومی، وصله پیزوالکتریک سوراخدار و وصله پیزوالکتریک ترکخورده مورد تحلیل قرار گرفت. مقایسه نرخ همگرایی روشهای اجزاء محدود با مرز مقیاس شده و اجزاء محدود نشان از دستیابی به نتایج دقیق به ازای تعداد درجات آزادی بسیار کمتر در روش اول دارد. بهعلاوه، تطابق مناسب نتایج حاصل از این دو روش، نشان از قابلیت روش اجزاء محدود با مرز مقیاسشده در مدلسازی انواع مسائل با هزینه محاسباتی بسیار پایین دارد.
