تحلیل دقیق پاسخ-بسته ارتعاشات آزاد ورق های نسبتاً ضخیم مستطیلی ساخته شده از مواد هدفمند با لایه پیزوالکتریک

Abstract

در این مقاله، تحلیل ارتعاشات آزاد ورق مستطیلی نسبتاً ضخیم هدفمند (FG) با لایه های هوشمند براساس تئوری میندلین و ارائه یک حل دقیق پاسخ-بسته، مورد بررسی قرار گرفته است. این ساختار متشکل از یک ورق FG و دو لایه پیزوالکتریک می باشد. در این حل فرض بر آن است که دو لبه ی مقابل ورق دارای شرط مرزی ساده (یعنی ورق مستطیلی Levy-type) باشند. لایه های پیزوالکتریک مدار بسته در نظر گرفته شده اند، بنابراین از این ورق می توان به عنوان محرک استفاده کرد. برای بیان نحوه توزیع خواص در ماده FG، از یک مدل تابع توانی استفاده می‌شود. با استفاده از اصل همیلتون و معادله الکترواستاتیکی ماکسول، شش معادله دیفرانسیل وابسته بدست می آید. به منظور حل معادلات مذکور، یکسری توابع کمکی و پتانسیل جدید معرفی شده و از روش جداسازی متغیرها استفاده می‌شود. دقت فرکانس های بدست آمده به وسیله انجام یکسری مطالعات مقایسه ای با مقالات موجود و همچنین تحلیل المان محدود تایید می شود. در حل دقیق حاضر امکان پیش بینی مدهای درون-صفحه ای نیز علاوه بر مدهای خارج-صفحه ای با دقت بسیار بالایی میسر می شود. همچنین، تاثیر پارامترهای ورق مانند شرایط مرزی، اندیس گرادیانی و افزایش ضخامت لایه پیزوالکتریک بر روی فرکانس های طبیعی ورق مورد بررسی قرار می گیرد.