فهرست نشریات علمی دسترسی آزاد ایران

مواد پیزوالکتریک نوعی از مصالح هوشمند می‌‌باشند که به دلیل خصوصیات فوق‌‌العاده همانند تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و بالعکس مورد توجه پژوهشگران زیادی در علوم مهندسی مختلف قرار دارند. امروزه استفاده از این مصالح، برای کنترل تغییر شکل، کاهش نوسان و کنترل فعال سازه ‌‌ها در صنعت ساختمان رو به افزایش می‌‌باشد. در این مقاله، به تعیین و کنترل تغییرشکل دینامیکی یک قاب بتنی یک دهانه با پوشش لایه پیزوالکتریک روی تیر و ستون‌‌ها تحت بار لرزه‌‌ای پرداخته می‌‌شود. به منظور کنترل تغییرشکل دینامیکی قاب بتنی، از یک کنترل‌‌کننده تناسبی- مشتقی استفاده شده است بدین شکل که یک لایه پیزوالکتریک در نقش محرک و یک لایه در نقش سنسور درنظر گرفته می‌‌شود. معادلات حاکم بر اجزا تیر و ستون قاب بتنی با استفاده از تئوری‌‌ برشی مرتبه بالا ، محاسبه روابط انرژی، اعمال اصل همیلتون و در نظر گرفتن ولتاژ اعمالی بر مصالح پیزوالکتریک به دست می‌‌آیند. جهت کوپل کردن معادلات بدست آمده برای تیر و ستون، از شرایط مرزی پیوستگی در نقاط اتصال تیر به ستون ها به یکدیگر استفاده می‌‌شود. به منظور حل عددی معادلات کوپل شده دینامیکی، از روش عددی تفاضلات مربعی استفاده شده است در این روش، معادلات دیفرانسیلی به معادلات جبری تبدیل شده و در نهایت به کمک روش نیومارک، تغییرشکل دینامیکی قاب بتنی بر حسب زمان محاسبه می‌‌گردد. بعد از صحت‌‌سنجی نتایج، اثر پارامترهای مختلفی همچون ولتاژ اعمالی به لایه پیزوالکتریک، کنترل‌‌کننده از نوع پیزوالکتریک، ضخامت لایه پیزوالکتریک و اثرات ترکیبی آنها بر تغییرشکل دینامیکی بررسی شد. در اینجا، مقادیر بهینه پارامترهای کنترل‌‌کننده شامل ضریب تناسب و ضریب مشتق به‌‌ترتیب برابر با 3/824 و 5/812 به‌‌دست آمدند. نتایج نشان می‌‌دهد برای تعداد نقاط شبکه 15، تغییرشکل دینامیکی بدست آمده از روش تفاضلات مربعی همگرا می‌‌شود. همچنین، اگر از یک کنترل‌‌کننده از نوع پیزوالکتریک استفاده شود، دامنه نوساتات تغییرشکل به شدت کاهش یافته و زمان میرایی سیستم کوتاه‌‌تر خواهد شد. به عبارت دیگر استفاده از کنترل‌‌کننده به ترتیب منجر به کاهش 72 و 65 درصدی تغییرشکل دینامیکی جانبی و قائم  قاب می‌‌شود. همچنین مشاهده شد، که تغییرشکل دینامیکی جانبی قاب درحالتی‌‌که فقط ستون‌‌ها لایه پیزوالکتریک دارند کمتر از حالتی است که فقط تیر لایه پیزوالکتریک دارد درحالی‌‌که این موضوع برای خیز دینامیکی قائم قاب بالعکس می‌‌باشد.