شبیه سازی عددی مدل المان محدود الکترومکانیکی به کاراندازنده های محوری در سازه های کامپوزیت تطبیقی هوشمند

در این پژوهش، شبیه سازی عددی مدل المان محدود الکترومکانیکی به کار اندازنده ی محوری یک تیر کامپوزیت لایه لایه تطبیقی ارائه شود. با بررسی اصل پایستاری انرژی در شبیه سازی عددی مکانیکی و الکتریکی، صحت مدل المان محدود بررسی می شود. این مدل، یک تیر مرکب سه لایه است که از لحاظ رفتار برق افشاری ( پیزو الکتریک) به فرم مکانیزم به کاراندازی محوری به یک تیر یا ستون هوشمند تبدیل می شود. تیر مذکور هم زمان نقش باربری سازه ای و نقش به کاراندازنده ( بازوی محرک) و اندازه گیری سیگنال های کنترلی را خواهد داشت. مکانیزم به کاراندازی محوری متناظر است با یک تیر با هسته ای الاستیک که بین دو لایه رویه ی ساخته شده از مواد فعال مانند مواد برق افشار، ساندویج شده است. این دو لایه ی فعال در راستای عمود بر محور طولی تیر ( در راستای ضخامت تیر) قطبیده ( پولاریزه) شده اند. برای فعال سازی الکترومکانیکی این تیر، یک میدان الکتریکی موثر در همان راستای پولاریزاسیون، به لایه های برق افشار اعمال می شود. مدل مکانیکی انتخاب شده برای لایه های رویه، مبتنی بر سینماتیک تیر اویلر- برنولی و برای هسته، سینماتیک تیر تیموشنکو است. برای درجه های آزادی گرهی مدل المان محدود تیر دو گرهی تنها از چهار متغیر مکانیکی میدان بردار جابجایی در هر گره استفاده می شود: 1- حرکت جانبی محور الاستیک تیر، w که فرض می شود در هر سطح مقطع عرضی تیر در راستای مماس بر آن مقطع، مقداری ثابت است. 2- جابجایی محوری میانگین لایه های رویه.3- جابجایی محوری نسبی بین لایه های رویه. 4- دوران ناشی از خمش تیر. از مشاهدات اولیه این طور استقراء می گردد که پاسخ استاتیکی و پاسخ دینامیکی مقادیر ویژه این تیر کامپوزیت برای قرار گرفتن در حلقه فید بک یک سیستم کنترلی مونتاژ شده بر سازه میزبان بیشتر در محدوده میکرومکانیک و برای سیستم های ریز الکترومکانیکی مناسب است.

کلیدواژه ها:

سازه های هوشمند ، خاصیت برق افشار (پیزو الکتریسیته) ، مواد کامپوزیت لایه لایه ، مکانیزم به کار اندازنده ی محوری ، مدل المان محدود ، شبیه سازی عددی