Yüzeyine Yapıştırılmış Piezonun Çubuk Üzerimdeki Etkileri

Abstract

Bu çalışmada,yüzeyine piezoelektrik malzeme yapıştırılmış bir çubuk analitik ve nümerik olarak incelenmiştir. Bu çalışma yapılarda şekil kontrolünün sağlanması ve dinamik davranışlarının anlaşılması açısından önemlidir. Çalışmanın ikinci bölümünde akıllı yapılar, uyarıcı malzemeler, smart kompozit yapılar, uyarıcı malzemelerin kıyaslanması gibi konularda bilgiler verilmiştir. Her iki yanına simetrik olarak piezoelektrik malzeme yapıştırılmış sonlu bir katılığa sahip yapıştırma katmanı varsayılan durumda statik model oluşturulmuş ve kayma gerilmelerin piezoelektrik malzemeden ana yapıya nasıl iletildiği incelenmiştir.Moment-eğrilik denklemi kullanılarak, çökme ifadesini moment ifadesine bağlayan diferansiyel denklem elde edilmiştir. Sınır ve süreklilik şartlarının bu denklemle uyumlu olması gerektiği tartışılmıştır. Analitik ifadelerden elde edilen sonuçlar bileşik alan analizi yapabilmemizi mümkün kılan bir sonlu eleman yazılımı ANSYS ile elde edilen sonuçlarla karşılaştırılmış sonuçların yakınsama durumu piezoelektrik malzemenin uç kısımları ve orta noktası için incelenmiştir. SOLID45 elemanlar çubuğu ve yapıştırma katmanını, SOLID5 elemelar ise bileşik alan analiz yeteneği ile piezoelektrik malzemenin modellenmesinde kullanılmıştır. Piezoelektrik uyarıcı ile eğilmeye zorlanan bir çubuk için piezoelektrik malzemenin uç kısımlarından uzaklaşıldıkca analitik sonuçlar ile sonlu eleman metodu sonuçları arasında iyi bir uyum olduğu görülmüştür.In this study a beam with surface-bonded piezoelectric actuators is examined analytically and numerically. The study is important for understanding concept of shape control and dynamic behavior of structures. Smart structures, actuation techniques, effects of composite materials and comparing of available smart materials are studied in Chapter2.The next chapter is devoted to presentation of the static interaction between a beam and segmented piezoelectric actuators which were symmetrically bonded to the top and bottom surfaces of the beam. This model accounts for a finite thickness adhesive bonding layer between the actuators and the beam. Starting with the moment–curvature equation, a differential equation that relates the deflection to the bending moment is developed in Chapter 3. Then we discuss the boundary conditions and continuity conditions that must accompany this differential equation. In this thesis, we aim to compare the analytical results with the numerical values obtained from a three dimensional finite element analysis using ANSYS software. SOLID45 elements are used to model the beam and adhesive layer. SOLID5 with coupled field analysis capability are used to model the piezoelectric layers. It is observed that analytical results on surface strain of the beam far away from the edges of the piezoactuator for the case of bending actuation are in good agreement with the finite element results which are obtained by using ANSYS.