تحلیل ارتعاشی صفحات کامپوزیتی بیضوی همراه با پیزوالکتریک

صفحات کامپوزیتی یکی از قسمتهای مهم در سازههای مورد استفاده در صنایع هوافضا، صنایع دریایی، صنایع بستهبندی، مهندسی مکانیک و مهندسی عمران میباشند. یک نمونه از مواد مرکب که در طراحی و ساخت سازه- های هوشمند مورد استفاده قرار میگیرد پیزوالکتریک است. نخستین استفاده از مواد پیزوالکتریک به سال 1880 یعنی زمانی که برادران کوری اثر مستقیم مواد پیزوالکتریک را کشف کردند بر میگردد. توانایی تبدیل انرژیهای مکانیکی و الکتریکی به یکدیگر، واکنش سریع، دقت بالا و پیوسته پتانسیل عظیمی را در طراحی سازههایهوشمند (از سازههای بزرگ فضایی گرفته تا سیستمهای مینیاتوری پزشکی) موجب شدهاست. ترکیب لایههای پیزوالکتریک با سازههای کامپوزیتی امکان تغییر و یا تصحیح پاسخ سازه را از طریق حسگری و عملگری لایه- های مذکور فراهم میآورد. به دلیل کاربرد زیاد صفحات کامپوزیتی در صنعت، در دهه اخیر بررسی و تحلیل این نوع صفحات در ابعاد مختلف مورد توجه محققان قرار گرفته است. از جمله این تحلیلها میتوان به تحلیل ارتعاش آزاد و اجباری، خمش و کمانش این صفحات اشاره کرد. مطالعه رفتار ارتعاش آزاد صفحه و یافتنفرکانسهای طبیعی، به عنوان مهمترین عامل در طراحی دینامیکی این صفحات، اهمیت بسزایی دارد. در گذشته برای کنترل ارتعاشات سازه از سیستمهای انفعالی مانند سیستم جرم-فنر-دمپر استفاده میشد. اما به دلیل دامنه فرکانسی کم، استهلاک ارتعاشات و صدا به صورت انرژی گرمایی و وزن بالای آنها، محققان به فکر استفاده از روشهای جدید برای کنترل ارتعاشات افتادند. در روشهای جدید برای کاهش ارتعاشات و صدا از کنترل فعال ارتعاشات و مواد هوشمند استفاده میشود. تعیین مشخصههای دینامیکی صفحه مانند فرکانس طبیعی، نقش بسیار مهمی را در فرایند طراحی ایفا میکند. اهمیت این موضوع به دلیل پدیدهی رزونانس است که در طی آن دامنهی ارتعاشات تا حد وقوع واماندگیهای جبران ناپذیر افزایش مییابد. اثرات شدت میدان مغناطیسی و پارامترهای هندسی مثل ضخامت هسته، ضریب منظری صفحه و شعاع انحنا بر مشخصههای ارتعاشی و خیز صفحه مورد بررسی قرار گرفتهاست. افزایش ضخامت صفحه میتواند موجب جابجا شدن مودهای ارتعاشی مشخصی گردد. نتایج حاصل از تحلیل صفحات بیانگر این موضوع است که با بزرگتر شدن ابعاد پیزوالکتریک، فرکانس طبیعی صفحه افزایش مییابد که این موضوع نشاندهنده کارکرد مناسب پیزوالکتریک در کاهش ارتعاشات این صفحات است.

کلیدواژه ها:

تحلیل ارتعاشی ، صفحات کامپوزیتی ، پیزوالکتریک ، فرکانس طبیعی