بررسی پارامتری بهبود ظرفیت کمانش ستون‌های‌ ترک‌دار توسط وصله‌های پیزوالکتریک

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

2 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز

چکیده

در مقاله حاضر با استفاده از روش تحلیلی به مطالعه رفتار پایداری ستونهای ترک‌دار مجهز به وصله‌های پیزوالکتریک پرداخته می‌شود. جهت قطبیدگی وصله‌های پیزوالکتریک به‌گونه‌ای انتخاب شده‌اند که باعث ایجاد نیروی محوری در ستون می‌شوند. ترک با استفاده از فنر پیچشی مدل شده است که دو قسمت سالم ستون را در محل ترک به هم متصل می‌سازد. پس از اعمال شرایط مرزی و بین مرزی در محل ترک و نواحی انتهایی وصله‌های پیزوالکتریک، معادله مشخصه حاکم بر رفتار کمانش ستون‌های ترک‌دار استخراج گردیده است. تأثیر پارامترهای موثر بر بار کمانش اول و دوم ستون از قبیل پارامترهای ترک (موقعیت و عمق ترک) و همچنین موقعیت و طول وصله‌های پیزوالکتریک و ولتاژ اعمالی با استفاده از نمودارهای مناسب مورد بررسی و تحلیل قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که وجود ترک باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در ظرفیت کمانش ستون می‌شود. میزان این کاهش به موقعیت و عمق ترک بستگی دارد. با تعیین موقعیت و طول مناسب وصله‌های پیزوالکتریک، می‌توان باعث بهبود ظرفیت کمانش تیر ترک‌دار شد. لزوما بهترین موقعیت وصله پیزوالکرتیک متناظر با محل ترک نمی‌باشد و باید با توجه به شرایط مرزی تیر و محل ترک تعیین شود. نتایج نشان می‌دهد اثر اعمال ولتاژ مثبت بر ظرفیت کمانش مود دوم و مود اول متفاوت است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Khorshidvand A, Joubaneh EF, Jabbari M, Eslami M (2014) Buckling analysis of a porous circular plate with piezoelectric sensor–actuator layers under uniform radial compression. Acta Mech 225(1): 179-193.
[2] Rao M, Schmidt R (2014) Static and dynamic finite rotation FE-analysis of thin-walled structures with piezoelectric sensor and actuator patches or layers. Smart Mater Struct 23(9): 095006.
[3] Zenz G, Humer A (2015) Stability enhancement of beam-type structures by piezoelectric transducers: theoretical, numerical and experimental investigations. Acta Mech 226(12): 3961-3976.
[4] Crawley EF, De Luis J (1987) Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures. AIAA 25(10): 1373-1385.
[5] Chandrashekhara K, Bhatia K (1999) Active buckling control of smart composite plates-finite-element analysis. Smart Mater Struct 2(1): 31.
[6] Chase JG, Srinivas B (1999) Optimal stabilization of plate buckling. Smart Mater Struct 8(2): 204.
[7] Meressi T, Paden B (1993) Buckling control of a flexible beam using piezoelectric actuators. Guid Control Dynam 16(5): 977-980.
[8] Wang Q, Quek S (2002) Enhancing flutter and buckling capacity of column by piezoelectric layers. Int J Solids Struct 39(16): 4167-4180.
[9] Thompson SP, Loughlan J (1995) The active buckling control of some composite column strips using piezoceramic actuators. Compos Struct 32(1-4): 59-67.
[10] Wang Q, Quek S, Liew K (2002) On the repair of a cracked beam with a piezoelectric patch. Smart Mater Struct 11(3): 404.
[11] Krawczuk M, Ostachowicz W (1995) Modelling and vibration analysis of a cantilever composite beam with a transverse open crack. J Sound Vib 183(1): 69-89.
[12] Bao G, Ho S, Suo Z, Fan B (1992) The role of material orthotropy in fracture specimens for composites. Int J Solids Struct 29(9): 1105-1116.
[13] Ariaei A, Ziaei-Rad S, Ghayour M (2010) Repair of a cracked Timoshenko beam subjected to a moving mass using piezoelectric patches. Int J Mech Sci 52(8): 1074-1091.
[14] Wang Q (2002) On buckling of column structures with a pair of piezoelectric layers. Eng Struct 24(2): 199-205.
[15] Crawley EF, Anderson EH (1990) Detailed models of piezoceramic actuation of beams. J Intel Mat Syst Str 1(1): 4-25.
[16] Chondros T, Dimarogonas A, Yao J (1998) A continuous cracked beam vibration theory. J Sound Vib 215(1): 17-34.
[17] Dimarogonas AD (1996) Vibration of cracked structures: A state of the art review. Eng Fract Mech 55(5): 831-857.
[18] Liebowitz H, Vanderveldt H, Harris D (1967) Carrying capacity of notched columns. Int J Solids Struct 3(4): 489-500.
[19] Tada H, Paris P, Irwin G (2000) The analysis of cracks handbook. ASME Press, New York.
[20] Narkis Y (1994) Identification of crack location in vibrating simply supported beams. J Sound Vib 172(4): 549-558.