بررسی رفتار پوسته استوانه ای ارتوتروپ چند لایه با لایه پیزوالکتریک تحت بار دینامیکی و ولتاژ الکتریکی متقارن

جهت ایجاد تغییر شکلهای در ابعاد میکرو و نانو و یا میرا نمودن ارتعاشات در سازه های پیشرفته هوشمند ، استفاده از المانهای پیزوالکتریک بهترین راه حل شناخته شده می باشد. بنابراین برای بررسی دقیق این سازه ها احتیاج به دانش و ابزار تحلیل می باشد. در این پژوهش، هدف اصلی بررسی و تحلیل دقیق میدانهای جابجایی مکانیکی، الکتریکی، تنش و کرنش در پوسته های استوانه ای چند لایه اورتوتروپ با لایه ساخته شده از مواد پیزوالکتریک بعنوان حسگر یا عملگر تحت بارگذاری دینامیکی و الکتریکی و تعیین فرکانسهای طبیعی آنها می باشد. بدین منظور برای تحلیل پوسته استوانه ای، بسته به نوع تکیه گاه انتهایی و اینکه لایه پیزوالکتریک پیوسته یا بصورت حلقه ای باشد، از روش نیمه تحلیلی بر مبنای الاستیسیته و روش عددی المان محدود استفاده شده است. در حل الاستیسیته، معادلات الاستیسیته سه بعدی حاکم بر پوسته استوانه ای چند لایه با لایه پیزوالکتریک پیوسته تحت بار دینامیکی و الکتریکی، با استفاده از بسط سری مثلثاتی و روش انتگرال گلرکین در راستای ضخامت حل شده اند. در این روش پوسته استوانه ای بلند (کرنش صفحه ای) تحت بارگذاری نامتقارن محوری و پوسته استوانه ای کوتاه با تکیه گاه ساده تحت انواع بارگذاری گسترده و موضعی تحلیل گردیده است. (در تمام موارد، لایه پیوسته پیزوالکتریک هم بعنوان حسگر و هم عملگر استفاده شده است).در روش حل المان محدود، معادلات حاکم بر استوانه چند لایه با لایه پیزوالکتریک یا حلقه پیزوالکتریک با استفاده از تیوری لایه مجزا بدست آمده و بوسیله روش المان محدود حل شده اند. از نتایج حل الاستیسیته پوسته استوانه ای مرکب با لایه پیزوالکتریک پیوسته برای ارزیابی نتایج حاصل از روش المان محدود لایه مجزا استفاده شده است. مقایسه نتایج حاصل از دو روش نشان می دهد، تیوریهایی که بر اساس روابط الاستیسیته سه بعدی کار می کنند، نتایج مشابهی را از لحاظ مقداری و نحوه تغییرات برای کمیتهای میدان الکترومکانیکی بدست می دهند. بدین وسیله صحت فرمولبندی تیوری لایه مجزا تایید گردیده است. در انتها، از حل المان محدود برای تحلیل مسایل کاربردی استفاده شده است که بوسیله روش الاستیسیـته قابل حل نمی باشند. علاوه بر موارد اشاره شده در حل الاستیسیـته، استوانه کوتاه با دو سر تکیه گاه گیردار و همچنین استوانه چند لایه با حلقه پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج تحلیل تکیه گاه گیردار با تکیه گاه ساده مقایسه شده و ضمن بررسی اختلاف نتایج تکیه گاه های گیردار و ساده، تاثیر عوامل مختلف مانند ضخامت و نوع تکیه گاه روی طول متاثر از تکیه گاه، مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر اندازه تک حلقه پیزوالکتریک روی تغییر شکل پوسته استوانه ای بررسی شده و در حالت حلقه های متوالی پیزوالکتریک، تاثیر فاصله آنها بررسی شده است. (حلقه های پیزوالکتریک بعنوان عملگر استفاده شده اند). در این تحقیق، فرمولبندی لایه مجزا برای استوانه چند لایه ضخیم با لایه پیزوالکتریک اصلاح شده است. بررسی تاثیر ولتاژ عملگری روی پاسخ دینامیکی و میرا نمودن ارتعاشات استوانه با لایه پیزوالکتریک پیوسته و حلقه پیزوالکتریک، استفاده از حلقه پیزوالکتریک جهت ایجاد تغییر شکل موضعی روی استوانه و حل المان محدود استوانه چند لایه با تکیه گاه دوسر گیردار از جمله مسایلی هستند که برای اولین بار، در این رساله مورد بررسی قرار گرفته اند