Çok katmanlı diyafram tipi piezoelektrik aktüatörün analitik modellenmesi

Bu çalışmada mikro-pompa aktüasyonunda kullanılan çok katmanlı dairesel diyafram tipi piezoelektrik aktüatörün çalışma performansını etkileyen voltaj, uniform akışkan basıncı, geometrik özellikler ve mekanik özellikleri gibi parametrelerin düşey çökme davranışı üzerindeki etkileri analitik yöntem ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmiştir. Analitik modelleme çalışmalarında Kirchoff ince plak teorisine dayanan klasik çok katmanlı plak teorisi (CLPT) kullanılmıştır. Aktüatörün yüksek dereceden homojen olmayan statik çökme denkleminin çözümü olan matematiksel model, uygulanan voltaj ve basınç yükünün yanı sıra geometrik özellikler ve malzeme özelliklerine de bağlı olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca elde edilen sonuçları karşılaştırmak amacıyla nümerik analiz yapılmıştır. Uygulanan voltaj yükü altındaki piezoelektrik seramik katman-elektrik etkileşimi, uniform akışkan basıncı altındaki pasif silikon katman-akışkan etkileşimi ve plak sınır şartlarının da tanımlanmasıyla bir sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Çalışmada elde edilen sonuçlara göre kenarlarından ankastre çok katmanlı dairesel unimorf (tek yönde tahrikli) piezoelektrik aktüatörün çökme performansının bağlı olduğu parametreler gerilim, akışkan basıncı, geometrik özellikler ve malzeme özellikleri olduğuna ulaşılmıştır. Statik çökme verilerine göre çizilen düşey çökme grafiklerinden elde edilen sonuçlar neticesinde çökme performansı çalışma şartları içerisinde olarak maksimum voltaj ve düşük akışkan basıncı ile artmıştır. Ayrıca minimum katman kalınlıklarının yanı sıra maksimum piezoelektrik katman yarıçapı ve minimum pasif katman yarıçapı da çökme davranışını iyileştirmiştir. Ek olarak katman rijitlikleri açısından aktif piezoelektrik katman rijitliğinin hariç diğer katman rijitliklerinin artması çökme performansını olumsuz yönde etkilemiştir. Sonlu elemanlar analizi sonucunda elde edilen veriler ise analitik modelleme sonucu elde edilen verilerle iyi bir uyum göstermiş olup bu tür bir modelleme için tercih edilebilecek alternatif bir yol olarak kullanılabilecektir.