بررسی رفتار مکانیکی تیر fgm در حضور لایه هایی از مواد پیزوالکتریک

در این پایان نامه رفتار مکانیکی تیرهای کامپوزیتی fgm ارتوتروپیک متصل به مواد پیزوالکتریکی بررسی شده است. لایه های مختلف تیر fgm از مواد کامپوزیتی تقویت شده فیبری بوده که در آن زاویه و کسر حجمی فیبرها به صورت پیوسته و با استفاده از قانون توانی در راستای ضخامت تغییر می کنند. معادلات حاکم سه بعدی پیزوالاستیسیته با استفاده از یک مدل تیر تغییر شکل برشی مرتبه بالا، به معادلات حاکم یک بعدی برای تیرهای cross-ply و angle-ply تقلیل یافته و پتانسیل الکتریکی با استفاده از چند جمله ای های لژاندر مرتبه دو در راستای ضخامت بیان شده است. از مدل میکرومکانیکی mori-tanaka برای همگن سازی خواص مواد استفاده شده و معادلات حاکم با روش المان محدود حل شده اند. نتایج به دست آمده با استفاده از مدل ارائه شده با نتایج موجود در ادبیات فن مقایسه و دقت آن ها بررسی شده است. تیرهای fgm متقارن و غیر متقارن برای ارائه نتایج عددی در نظر گرفته شده اند. اثر پارامترهای مختلف، به خصوص پارامترهای تغییرات تدریجی خواص، در رفتار استاتیکی، دینامیکی و پاسخ ارتعاشی گذرای کنترل شده با روش closed-loop تیرهای مذکور، برای شرایط مرزی و بارگذاری های مکانیکی و الکتریکی مختلف مورد مطالعه قرار گرفته و رفتار آن ها با رفتار تیرهای غیر fgm معمول مقایسه گردیده است. نتایج به دست آمده حاکی از بهبود رفتار تیرهای fgm هستند و نشان می دهند که بر خلاف تیرهای لایه لایه معمول، تنش عمودی به صورت پیوسته در راستای ضخامت آن ها تغییر می کند و از مقدار تنش برشی کاسته می شود. همچنین نتایج نشان می دهند که رفتار این تیرها در مقایسه با تیرهای لایه لایه معمول، بسته به نوع کاربرد لایه پیزوالکتریکی (محرک یا سنسور) و نحوه چینش لایه ها (متقارن یا غیر متقارن) متفاوت است. در مسائل بهینه سازی تیرهای کامپوزیتی fgm ارتوتروپیک با لایه های پیزوالکتریکی می توان از مدل ارائه شده و نتایج به دست آمده استفاده کرد.