Гармонічні коливання п’єзокерамічних секціонованих функціонально-градієнтних циліндрів з врахуванням дисипації енергії

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorГригор’єва, Л. О.
dc.contributor.authorЯнчевський, І. В.
dc.date.accessioned2024-05-01T07:48:37Z
dc.date.available2024-05-01T07:48:37Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractАнотація. Досліджуються гармонічні коливання п’єзокерамічних функціонально-градієнтних секціонованих порожнистих циліндрів з врахуванням дисипації енергії. Розглядається циліндр скінченної довжини, що складається з парної кількості секцій, поляризованих в коловому напрямку, які з’єднуються між собою за принципом зустрічної поляризації. Матеріал на основі п’зокераміки PZT-5A вважається функціонально неоднорідним в напрямку попередньої поляризації. Циліндр навантажується різницею потенціалів, прикладеною до плоских граней секцій. Розрахунок виконується методом скінченних елементів. Описується методика формування матриць демпфування та визначення коефіцієнтів, що відповідають частотно-незалежному демпфуванню, альфа- та бета-демпфуванню, демпфуванню за Релеєм на заданому частотному діапазоні зі сталою добротністю. Вказані способи демпфування пов’язуються з експериментальними даними через механічну добротність п’єзоелемента. Діелектричні втрати враховуються шляхом введення в розрахункові вирази тангенсу або матриці тангенсів діелектричних втрат. Проводиться порівняння розглянутих методів з результатом, отриманим за допомогою комплексних пружних та діелектричних модулів, та оцінюється їх відповідність вхідним даним. Для функціонально-градієнтного та однорідного п’єзоелементів заданої конфігурації будуються амплітудно-частотні характеристики для переміщень, заряду на електродах, електричного адмітансу та його логарифму з врахуванням демпфування. Для функціонально-неоднорідного циліндра визначаються частоти електричних резонансів, антирезонансів та відповідні коефіцієнти електромеханічного зв’язку. Максимальний коефіцієнт електромеханічного зв’язку виникає на частоті другого електричного резонансу.
dc.description.abstractotherAbstract. Harmonic oscillations of piezoceramic functional-gradient sectioned hollow cylinders are studied, taking into account energy dissipation. A cylinder of finite length is considered. Cylinder consists of an even number of sections polarized in the circular direction, which are connected to each other by similar sides. The material is considered to be functionally heterogeneous in the direction of the previous polarization. The cylinder is loaded by the potential difference applied to the flat faces of the sections. The calculation is performed by the finite element method. Damping matrices forming and determining of coefficients corresponding to methods of introducing frequency-independent damping and Rayleigh damping is described. Electric losses are taken into account by entering the dielectric loss tangent or dielectric loss tangent matrix. The result of calculations is compared with the result obtained with the help of complex elastic and dielectric moduli. Amplitudefrequency characteristics are constructed for movements, charge on the electrodes, electrical admittance and its logarithm, taking into account damping. Energy dissipation consideration is related to the experimental data due to the mechanical quality factor of the piezo element. The frequencies of electrical resonances, anti-resonances and corresponding electromechanical coupling coefficients for functionally inhomogeneous and homogeneous cylinders are determined. For the functional-gradient piezoelectric element of the considered configuration, the maximum CEMC occurs at the frequency of the second electrical resonance. At this frequency, the dynamic stress-strain state of the cylinder is investigated. Forms of oscillations and distribution of stress amplitude values are constructed. The largest normal stresses according to the Coulomb-Mohr strength theory are determined and compared with the von Mises strength theory. FEA allows three-dimensional calculation of harmonic oscillations of functional-gradient piezo elements of complicated geometry. The determined frequencies of electrical resonance and anti-resonance and the corresponding CEMC make it possible to choose the most effective operating mode of the piezo element. The FEM mathematical apparatus makes it possible to quickly and qualitatively evaluate the strength, determine the charge on the electrodes, the current in the circuit, build the amplitude-frequency characteristics of admittance and impedance, and evaluate the efficiency of energy conversion.
dc.format.pagerangePp. 98-107
dc.identifier.citationГригор’єва, Л. О Гармонічні коливання п’єзокерамічних секціонованих функціонально-градієнтних циліндрів з врахуванням дисипації енергії / Григор’єва Л. О., Янчевський І. В. // Mechanics and Advanced Technologies. – 2024. – No. 1(100). – P. 98–107. – Bibliogr.: 20 ref.
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/2521-1943.2024.8.1(100).293256
dc.identifier.orcid0000-0001-7013-0327
dc.identifier.orcid0000-0002-7113-2276
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/66589
dc.language.isouk
dc.publisherIgor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute
dc.publisher.placeKyiv
dc.relation.ispartofMechanics and Advanced Technologies, Vol. 8, No. 1(100)
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subjectсекціонований п’єзокерамічний циліндр
dc.subjectфункціонально-градієнтний матеріал
dc.subjectгармонійні коливання
dc.subjectМСЕ
dc.subjectзатухання за Релеєм
dc.subjectелектричний резонанс і антирезонанс
dc.subjectsectioned piezoceramic cylinder
dc.subjectfunctional-gradient material
dc.subjectharmonic response
dc.subjectFEM
dc.subjectRayleigh damping
dc.subjectelectrical resonance and antiresonance
dc.subject.udc539.3
dc.titleГармонічні коливання п’єзокерамічних секціонованих функціонально-градієнтних циліндрів з врахуванням дисипації енергії
dc.title.alternativeHarmonic oscillations of a piezoceramic functional-graded sectional cylinders with account of energy dissipation
dc.typeArticle

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
293256-695807-1-10-20240409.pdf
Розмір:
661.23 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Mechanics and Advanced Technologies, Vol. 8, No. 1(100)