بررسی استاتیکی تیر کامپوزیتی هوشمند مجهز به عملگر خمشی/برشی پیزوالکتریک با استفاده از تئوری‌های مختلف با در نظر گرفتن اثر پواسون

Abstract

در این مقاله، خیز استاتیکی تیر چندلایه کامپوزیتی مجهز به وصله پیزوالکتریک در دو حالت عملگر خمشی و برشی بررسی شده است. برای مدلسازی تیر از تئوری‌های مرتبه اول و مرتبه بالای برشی استفاده شده است. منتجه‌های تنش وصله‌ پیزوالکتریک توسط تابع هوی‌ساید مدل شده‌اند. برای بدست آوردن پاسخ تحلیلی استاتیکی تیر با شرایط مرزی متفاوت، از روش فضای حالت استفاده شده است. تاثیر اثرات پوآسون مکانیکی و الکتریکی، تئوری تیر مورد استفاده، طول عملگر، محل وصله پیزوالکتریک، لایه‌چینی تیر و شرایط مرزی آن روی خیز استاتیکی مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین، پاسخ استاتیکی تیر مجهز به لایه کامل پیزوالکتریک استخراج و با پاسخ تیر مجهز به وصله پیزوالکتریک که طول آن به سمت طول تیر میل داده شده است، مقایسه گشته است. نتایج نشان می‌دهند که نادیده گرفتن اثر پوآسون در حالت عملگر خمشی برای تیر چندلایه زاویه‌دار باعث خطای قابل توجهی می‌شود. نتیجه مهم دیگر آنکه، چنانچه طول وصله پیزوالکتریک در تیر هوشمند به سمت طول تیر میل داده شود، نتایج با رفتار تیر مجهز به لایه کامل پیزوالکتریک در مود عملگر برشی یکسان نخواهد بود. علت این امر، مشارکت نداشتن وصله پیزوالکتریک در شرایط مرزی برشی تیر می‌باشد.