مدل‌سازی دینامیکی جامع و تحلیل رفتار سامانه تزریق قطره سیال به کمک پیزوالکتریک

Abstract

سامانه‌های تزریق قطره سیال مبتنی بر پیزوالکتریک، به‌عنوان دستگاه‌های کاربردی در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. بااین‌حال، ساختار الکترومکانیکی آن‌ها اغلب پیچیدگی‌هایی در مدل‌سازی دینامیکی ایجاد می‌کند که ناشی از تعامل بین اجزای مختلف، به‌ویژه مکانیزم‌های منعطف و عملگرهای پیزوالکتریک است. در این مطالعه، اجزای سیستم به‌صورت جداگانه مدل‌سازی و با هم ترکیب شده‌اند، تا رفتار سیستم پیش‌بینی شود. برای تحلیل مکانیزم منعطف نوع پل، روشی مناسب پیشنهاد شده تا ساختار را با حالت‌های محدود مدل‌سازی کند. این روش می‌تواند رفتار اجزا را بدون کاهش دقت پیش‌بینی کند، که آن را برای ترکیب با دینامیک سایر اجزا ایده‌آل می‌سازد. علاوه بر این، یک رویکرد مدل‌سازی غیرخطی معرفی شده است، تا رفتار هیسترزیس غیرخطی پیزوالکتریک را شناسایی نماید. در نهایت، با ترکیب کل دینامیک سیستم، یک مدل جامع به دست می‌آید. مدل توسعه‌یافته برای مکانیزم منعطف، به‌صورت مجزا توسط نرم‌افزار المان محدود و آزمایش‌ها تجربی صحه‌گذاری شده است، تا دقت آن اثبات شود. مدل هیسترزیس غیرخطی نیز شناسایی و با آزمایش‌های تجربی صحه‌گذاری شده و مقدار ضریب تعیین آن بالای 98/0 محاسبه شده است. دینامیک جامع سیستم الکترومکانیکی، در فرکانس‌های ورودی مختلف شناسایی و آزمایش شده و مقادیر ضریب تعیین بالای 95/0 برای تمام فرکانس‌های ورودی به‌دست‌آمده است، که دقت مدل دینامیکی را تأیید می‌نماید. به‌طورکلی، مدل توسعه‌یافته در طراحی و بهینه‌سازی دستگاه‌های تزریق قطره سیال پیزوالکتریک و همچنین در طراحی سیستم‌های کنترلی کاربردی است.