تحلیل دینامیکی غیرخطی تیرها و صفحات نسبتا ضخیم از جنس عملگرهای پلیمری سه لایه سریع (ppy) با استفاده از روش gdq

در این رساله یک مدل دینامیکی با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی هندسی، برای پیش بینی رفتار عملگرهای پلیمری سه لایه سریع بر پایه ppy در ابعاد تیر و صفحه ارائه می شود. عملگرهای پلیمری سریع دارای طیف گسترده ای از کاربردها در صنایع پزشکی و ربات های الهام گرفته از طبیعت هستند. با این وجود تاکنون مدلی مکانیکی که توانایی شبیه سازی رفتار دینامیکی عملگرهای نسبتا ضخیم را در ابعاد تیر و صفحه دارا باشد مطرح نشده است. مشاهدات تجربی نشان می دهد که کرنش القایی در این عملگرها متناسب با بار الکتریکی ذخیره شده ناشی از فرآیند اکسایش/کاهش است. در حوزه الکتروشیمیایی با مدل سازی عملگر بصورت یک مدار الکتریکی متشکل از بیشمار مقاومت و خازن، رابطه ای میان ولتاژ ورودی و جریان خروجی بدست می آید. در این رساله با منظور کردن تلفات انرژی در راستای ضخامت، یک مدل الکتروشیمیایی برای یافتن جریان خروجی ناشی از ولتاژ ورودی، در حوزه لاپلاس بدست می آید. معادلات حرکت و منتجه ها به کمک اصل همیلتون و با بهره گیری از تئوری برشی مرتبه اول برای صفحات و منظور کردن خواص ویسکوالاستیک برای عملگر پلیمری، استخراج شده و با اعمال ساده سازی های لازم روابط و معادلات برای تیر تیموشنکو بدست می آیند. معادلات دیفرانسیل جزئی به کمک روش عددی دیفرانسیل کوادراچر تعمیم یافته (gdq) و روش نیومارک به یک دستگاه معادلات جبری غیرخطی تبدیل شده و به کمک روش تکراری نیوتن-رافسون حل و شرایط مرزی پرکاربرد در هر حوزه در دستور کار قرار می گیرد. علاوه بر این، رفتار عملگرهایی با داشتن جرم و نیرویی متمرکز در انتها بررسی می شود.. در پژوهش حال حاضر، نیرویی متمرکز در خلاف جهت حرکت تیر به نحوی اعمال می شود که خیز انتهای آن را در هر لحظه از زمان صفر نگاه دارد. این نیرو که همان نیروی خروجی عملگر است، برای اولین بار در این پایان نامه بصورت دینامیکی مدل می شود. پاسخ ها برای تحریک های پله (ولتاژ dc) و سینوس (ولتاژ ac) مورد مطالعه قرار گرفته و نتایج در حوزه زمان و فرکانس با هدف تخمین زدن فرکانس طبیعی عملگرها ارائه می شوند. تئوری های خطی و غیرخطی برای شرایط مرزی بکار گرفته شده برای تیرها و صفحات با یکدیگر مقایسه و تمامی نتایج در هر مرحله از مدل سازی با یافته های تجربی منتشر شده در مقالات و پایان نامه های اخیر اعتبار سنجی شده اند. نتایج نشان از تطبیق قابل قبول مدل ارائه شده با مشاهدات آزمایشگاهی دارد.