Homogenization-based computational design and two-scale performance optimization of electroactive structures

Geliştirilmiş özelliklere sahip makroskopik malzemeler ve yapılar, katı mekaniği bağlamında kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Aktif bileşenlere sahip mikroyapılı malzemelerin avantajları kaynaklarda bildirilmiştir. Ayarlanabilir mikroyapılar göz önüne alındığında, bu tür malzemelerin daha ilginç özellikleri dış uyaranlar dayatılarak elde edilebilir. Bu çalışmanın nihai amacı, piezoelektrik bileşenlere sahip yapıların zamanla değişen makroskopik gerilme tepkisini ve davranışını aktif olarak kontrol etmek için türdeşleme temelli hesaplamalı tasarım sistemi oluşturmaktır. Bu sistem, mikroyapının üzerine uygulanan makroskopik elektrik alanın zamanla uyarlanması ve makroskopik katının üzerine uygulanan makroskopik elektrik potansiyelinin zamana göre değişiminin kontrol edilmesi ile gerçekleştirilir. Bahsedilen periyodik mikroyapının, sadece topolojisi değil, aynı zamanda anizotropik malzeme yönelimini ve birim hücre geometrisini de içeren kapsamlı bir tasarım uzayında eniyilemesi sağlanmıştır. Zamanla değişen mekanik özellikleri yakalamak için eniyileme uzayını zenginleştirmek amacıyla, davranış değişkenleri olarak adlandırılan ek eniyileme değişkenleri geliştirilmiştir. Mikroyapının ayrıklı yapısı ve hedeflenen mekanik davranışın elde edilme doğruluğu temel alınarak, bu sistemin sınırlarını denetlemek için geniş kapsamlı sayısal soruşturmalar yürütülmüştür. Bahsedilen bütün hesaplar, bu çalışmaya ait paralel hesaplama içeren C++ tabanlı sonlu elemanlar (SE) programı ile gerçekleştirilmiştir.