Оптимальное конструктивное решение круглых многослойных биморфных пластин
Авторы: Шляхин Д.А., Ратманова О.В.
Опубликовано в выпуске: #1(85)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-1-1844
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Разработана математическая модель расчета биморфных пластин. Рассмотрены многослойные сплошные жестко и шарнирно закрепленные конструкции, в работе которых используется принцип обратного пьезоэффекта. Построены замкнутые решения нестационарных осесимметричных задач теории электроупругости для многослойных конструкций методом конечных интегральных преобразований. На основании анализа численных результатов расчета представлены практические рекомендации по проектированию пьезокерамических преобразователей резонансного и нерезонансного классов. Разработан алгоритм оптимизации работы рассматриваемых конструкций путем подбора их геометрических размеров и используемого материала, позволяющий наиболее эффективно преобразовывать приложенную электрическую нагрузку в механические перемещения. Кроме того, представленные результаты дают возможность уточнить допущения о характере распределения электрического поля, необходимые при проектировании биморфных конструкций других конфигураций, расчет которых возможен только с помощью прикладных теорий для тонких пластин
Литература
[1] Богородский В.В., ред. Подводные электроакустические преобразователи. Справочник. Ленинград, Судостроение, 1983, 248 с.
[2] Sharapov V. Piezoceramic sensors. Springer Verlag, 2010, 498 p.
[3] Джагуров Р.Г. Пьезоэлектронные устройства вычислительной техники, систем контроля и управления. Санкт-Петербург, Политехника, 1994, 608 с.
[4] Домаркас В.И., Кажис Р.-И.Ю. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. Вильнюс, Минтис, 1975, 255 с.
[5] Gabbert U., Tzou H.S. Smart Structures and Structronic Systems. London, Kluwer Academic Pub, 2001, 384 p.
[6] Новожилов Ю.В., Яппа Ю.А. Электродинамик. Москва, Наука, 1978, 352 с.
[7] Гринченко В.Т., Улитко А.Ф., Шульга Н.А. Механика связанных полей в элементах конструкций. Киев, Наукова думка, 1989, 279 с.
[8] Smits J.G., Dalke S.I., Cooney T.K. The constituent equations of piezoelectric bimorphs. Sensors and Actuators A, 1991, no. 28, pp. 41–61.
[9] Gohari S., Sharifi S., Vrcelj Z. New explicit solution for static shape control of smart laminated cantilever piezo-composite-hybrid plates/beams under thermo-electro-mechanical loads using piezoelectric actuators. Composition Structure, 2016, no. 145, рр. 89–112
[10] Ватульян А.О. Об одной модели изгибных колебаний пьезоэлектрических биморфов с разрезными электродами и ее приложение. Изв. РАН. МТТ, 2007, № 4, с. 114–122.
[11] Tsaplev V., Konovalov R., Abbakumov K. Disk Bimorph-Type Piezoelectric Energy Harvester. Journal of Power and Energy Engineering, 2015, no. 3, pp. 63–68. DOI: org/10.4236/jpee.2015.34010
[12] Петрищев О.Н. и др. Исследование параметров динамического напряженно-деформированного состояния асимметричных биморфных пьезокерамических элементов. Вісник ЧДТУ, 2013, № 4, c. 38–48.
[13] Янчевский И.В. Минимизация прогибов электроупругой биморфной пластины при импульсном нагружении. Проблемы вычислительной механики и прочности конструкций. Харьков, 2011, вып. 16, с. 303–313.
[14] Шляхин Д.А. Вынужденные осесимметричные колебания пьезокерамической тонкой биморфной пластины. Изв. РАН. МТТ, 2013, № 2, с. 77–85.
[15] Бардзокас Д.И., Кудрявцев Б.А., Сеник Н.А. Распространение волн в электроупругих средах. Москва, Комкнига, 2003, 336 с.
[16] Снеддон И.Н. Преобразования Фурье. Москва, Изд-во иностранной литературы, 1955, 668 с.
[17] Сеницкий Ю.Э. Исследование упругого деформирования элементов конструкций при динамических воздействиях методом конечных интегральных преобразований. Саратов, Изд-во Саратовского университета,1985, 174 с.
[18] Шляхин Д.А. Вынужденные осесимметричные изгибные колебания толстой круглой жестко закрепленной пластины. Вестник Самарск. гос. ун-та. Естественнонаучн. серия, 2011, № 8 (89), с. 142–152.
[19] Shlyakhin D.A., Kazakova O.V. A dynamic axially symmetric goal and its extended solution for a fixed rigid circular multi-layer plate. Procedia Engineering, 2016, vol. 153, pp. 662–666. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.08.219
[20] Шляхин Д.А. Уточненное решение динамической задачи электроупругости для биморфной пластины. Вестник КРСУ, 2016, т. 16, № 5, с. 108–113.