مدل سازی المان محدود تیر کامپوزیت لایه لایه تطبیقی هوشمند

نوع مقاله : یادداشت پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه هنر اسلامی تبریز

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سهند تبریز

چکیده

در این مقاله، فرمول­ نویسی الکترومکانیکی المان محدود یک تیر کامپوزیت لایه ­لایه تطبیقی هوشمند ارائه شده است. مدل تیر مرکب هوشمند ارائه شده بر اساس فرضیات الکترومکانیک و الکتروسینماتیک خطی است. مدل تئوری یک تیر کامپوزیت پیزوالکتریک (Piezoelectric) سه­ لایه است که به­ صورت یک مکانیزم به­ کاراندازنده محوری عمل می کند. مصالح الاستیک لایه هسته ایزوتروپیک (Isotropic) بوده اما مواد پیزوالکتریک لایه ­های بیرونی اورتوتروپیک می­ باشند. دقت مدل­ های تحلیلی و عددی با بررسی شبیه ­سازی دو اصل بقای انرژی مکانیکی و الکتریکی در یک برنامه عناصر محدود و همچنین مقایسه نتایج آن با مدل عددی ANSYS نشان داده شده است. در شبیه­ سازی عددی در مدل المان محدود، سه مش­ بندی 10، 50 و 100 المانی ایجاد شده است. شبیه‌سازی پارامتری شامل سه مجموعه بارگذاری استاتیکی مکانیکی، الکتریکی و الکترومکانیکی می‌باشد. با مقایسه نتایج مدل­ سازی ­ها در برنامه المان محدود نوشته شده و ANSYS و صحت­ سنجی اصل بقای انرژی الکترومکانیکی در آن­ها می­ توان نتیجه گرفت که مدل المان محدود ارائه شده از کارآمدی و دقت خوبی برخوردار است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Finite Element Modelling of Smart Adaptive Composite Beam

نویسندگان [English]

  • Yaser Shahbazi 1
  • Hamid Reza Mirdamadi 2
  • Mohammad Reza Chenaghlou 3
1 Faculty of Architecture and Urbanism, Tabriz Islamic Art University, Tabriz, Iran
2 Mechanical Engineering Department, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
3 Civil Engineering Department, Sahand University of Technology, Tabriz., Iran
چکیده [English]

In the present paper, electromechanical finite element modeling of a smart adaptive composite beam is presented. The model is formulated based on linear electromechanics and electro kinematics assumptions. The proposed model is a three layers piezoelectric composite beam that acts as a transverse actuator. The elastic material of the core is isotropic whereas the outer piezoelectric layers are orthotropic. The accuracy of analytic and numerical models is demonstrated by examining the simulation of the two principles of mechanical and electrical energy conservation in a finite element program and also comparing its results with the ANSYS numerical model. In the numerical simulation of the finite element model, there are three mesh including 10, 50, and 100 elements. The parametric simulation consists of three mechanical, electrical, and electromechanical static loading sets. By comparing the results of modeling in the finite element programming and ANSYS, and verifying the principle of electromechanical energy conservation, it can be concluded that the proposed finite element model is efficient and accurate.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smart structures
  • Computational mechanics
  • Finite element modeling
  • ANSYS

مراجع

شهبازی ی، میردامادی ح، چناقلو م، "شبیه‌سازی عددی مدل المان محدود الکترومکانیکی به­ کاراندازنده ­های محوری در سازه ­های کامپوزیت تطبیقی هوشمند"، سومین کنگره ملّی مهندسی عمران، تبریز، ایران، 1386.
شهبازی ی، میردامادی ح، " مدل المان محدود الکترومکانیکی گذار پیزوالاستیک و الاستوپیزوالکتریک در سازه ­های کامپوزیت هوشمند"، ششمین کنفرانس هوافضا، تهران، 1385.
غفارزاده ح، غفاری ا ح، "کنترل سازه‌ها با استفاده از سیستم جداگر لرزه‌ای غیرخطی هوشمند"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1398، 49 (3)، 75-83.
هوشمند م، رافظی ب، علافی ج، "بررسی رفتار لرزه ­‏ای سازه‏­ های فولادی با استفاده از مهاربندهای ترکیبی از جنس فولاد و آلیاژهای حافظه ‏­دار شکلی"، نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، 1392، 43 (3)، 11-22.
Cotoni V, Masson P, Ccté F, “A Finite Element for Piezoelectric Multilayered Plates: Combined Higher-order and Piecewise Linear C0 Formulation”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2006, 17, 155.
Crawley EF, Anderson EH, “Detailed models of piezoceramics actuation beams”, AIAA Journal, 1990, 25, 373-385.
Crawley EF, de Luis J, “Use of piezoelectric actuators as element of intelligent structures”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 1987, 1, 4-25.
Curie P, Curie J, “Contractions et dilations produits par des tensions ´electriques dans les cristeaux h´emie`edres `a faces incline´es”, Comptes Rendus de l’Acad´emie des Sciences, 1881, 93, 1137-1140.
Gornandt A, Gabbert U, “Finite element analysis of thermopiezoelectric smart structures”, Springer, Acta Mechanica, 2002, 154, 129-140.
Henrique Santos, Cristo´va˜o M, Mota Soares, Carlos A, Mota Soares JN, Reddy, “A finite element model for the analysis of 3D axisymmetric laminated shells with piezoelectric sensors and actuators: Bending and free vibrations”, Computers and Structures, 2008, 86, 940-947.
Kessler H, Kamlah M, Balke H, “Finite Element Modeling of Polarization Rotation Around an Elongated Elliptic Cavity”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2004, 15, 539.
Marcelo A, Trindade, “Simultaneous Extension and Shear Piezoelectric Actuation for Active Vibration Control of Sandwich Beams”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 2007, 17, 661.
Vijay K, Varadan K, Vinoy J, Gopalakrishnan S, “Smart Material Systems and MEMS: Design and Development Methodologies”, © John Wiley & Sons, Ltd, 2006
Yaman Y, Çalışkan T, Nalbantoğlu V, Waechter D, Prasad E, “Active Vibration Control of a Smart  Beam”, Canada-US Can Smart Workshop Smart Materials and Structures proceedings, Oct. 2001 Montreal Quebec, Canada.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 52.3، شماره 108 - شماره پیاپی 108
پاییز 1401
آذر 1401
صفحه 185-193

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار