Piezoelektrik Yamalı Katmanlı Kompozit Bir Kirişin Titreşim Analizi Ve Kontrolü

Abstract

Başta havacılık ve uzay olmak üzere tüm mühendislik uygulamalarında kullanım alanları gün geçtikçe genişleyen piezoelektrik malzemeler, son yıllarda oldukça ilgi çeken, araştırma ve geliştirmeye oldukça uygun bir konu olarak karşımıza çıkmaktadırlar. Mekanik gerilmeye maruz kaldıklarında elektrik alan oluşturan ve tersinir yönde elektrik alan etkisinde ise gerinim oluşturan piezoelektrik malzemeler, yüksek elastisite modülleri sayesinde ana yapının katılık ve kütle matrislerine ihmal edilebilir boyutta bir artış sağladığından ana yapıda çok sayıda kullanılıp titreşim ve şekil kontrolünün sağlanması işlevini görmektedirler. Özellikle algılayıcı ve eyleyici olarak kullanılabilme kabiliyetine sahip piezoelektrik malzemelerin geniş kullanım alanları hızla gelişen piezoelektrik teknolojisine paralel olarak artmaktadır. Yan sistemlerin desteğini almaksızın sağladıkları bu özellikleri ile piezoelektrik malzemeler havacılık ve uzay sanayinde aktif titreşim kontrolünde yaygın olarak tercih edilmektedirler. Bu çalışmada, piezoelektrik yamalı katmanlı kompozit bir kirişin titreşim analizinin yapılması ve sönümleme kontrolünün sağlanması amaçlanmıştır. Farklı sınır koşulları için kiriş davranışının incelendiği teorik çalışmanın yanı sıra sonlu elemanlar yöntemine dayanan paket programlar kullanılarak gerçeğe en uygun biçimde yapılmış olan modellemelerle kirişin sonlu elemanlar analizi gerçekleştirilmiştir. Son olarak yapılmış olan deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen verilerin teorik çalışma ve analiz sonuçlarıyla tutarlılığı değerlendirilmiştir. Teorinin deneylerle doğrulanmasının amaçlandığı bu çalışma ile ülkemizde piezoelektrik malzeme teknolojisinin geliştirilmesi; bu sayede bilim ve mühendislik alanlarında kullanımının daha da yaygın hale gelmesi hedeflenmiştir.

Piezoelectric materials are getting popular in engineering applications recently. Especially in aerospace engineering fields, piezoelectric materials have been favorable subjects to be researched and developed. When piezoelectric materials are subjected to mechanical stress, an electric field is created and vice versa strain is created when subjected to electrical field. Due to their superior elasticity modulus, they have negligible effects to the stiffness and mass matrices of the structure. Hence, they can be used numerously for vibration and shape controlling without any necessity of secondary systems. Having the capability of performing as both actuators and sensors, their application areas increase rapidly parallel to developing piezoelectric technology. Consequently, piezoelectric materials are widely used for active vibration control in aviation and space industry. In this work, vibration analysis and control of a laminated composite beam with piezoelectric patches is achieved. Firstly, the mathematical modeling of the laminated beam is created with various patch configurations. Next, the equations of motions are derived and additionally the natural frequencies and mode shapes of the beam will be obtained. Various boundary conditions of the laminated beam are examined. After theoretical study, finite element modeling of the beam is performed and the laminated beam is analyzed by using ANSYS software. After the experimental study is performed, the consistency of the theoretical study with the experimental study will be considered. By the way, the piezoelectric technology in Turkey is intended to be developed.