Novel techniques for electromechanical modeling of straight/curved panels integrated with multiple piezoelectric patches

İki boyutlu ince plakalar birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, piezoelektrik yamalar ile entegre edilmiş ince plakaların titreşimi incelenecektir. Bu tür elektromekanik sistemlerin dinamiklerini analiz etmek, piezoelektrik elemanlar ile panel arasındaki bağlantıyı doğru bir şekilde dikkate alan hassas modelleme araçlarını gerektirir. İlk olarak, titreşim azaltmada daha yüksek performans elde etmek için ayrı ayrı olarak bağlanmış piezoelektrik yamalar için bir metodoloji ve bir formülasyon geliştirilmiştir. Geliştirilen model, piezoelektrik yamaların kütle ve sertlik katsayısının yanı sıra elektromekanik bağlantı etkisini de içerir. Ayrı ayrı bağlanmış piezoelektrik yamaların, geniş bir frekans aralığı için toptan bağlı olanlara göre daha etkili olduğu gösterilmiştir. Sonuçlar, ayrı ayrı bağlanmış devrelerin etkisini göstermek için deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Ek olarak, spektral Tchebychev (ST) tekniği kullanılarak yüzeye entegre piezo-yamalar ile ince ve / veya orta derecede kalın plakaların dinamiklerini tahmin etmek için daha etkili bir elektromekanik model geliştirilmiştir. Bu yöntemin, mekanik yapıların dinamiklerinin doğru ve verimli bir şekilde tahmin edilmesini sağlayan üstün kararlılık özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir. Sınır değeri problemi, Mindlin plaka teorisi kullanılarak enerji temelli bir yaklaşımla elde edilir. Nokta kuvvet uyarımı altında sistemin titreşim tepkisini ve elektriksel çıktısını içeren elektromekanik frekans tepki fonksiyonları (FRF'ler), ST modeli kullanılarak elde edilir. Vaka çalışmaları, geliştirilen yöntemin hesaplama verimliliğinin, FE simülasyonlarından önemli ölçüde daha yüksek olduğunu göstermektedir. Son olarak, birden çok sayıda piezo yamalar ile entegre edilmiş kavisli panellerin dinamiklerini tahmin etmek için elektromekanik bir model geliştirilmiştir. Çift kavisli bir panel ve piezo-yama yapısının elektro-elastik dinamik davranışını yöneten sınır değeri problemi, birinci dereceden kayma deformasyonu (FSDT) teorisini takiben türetilmiştir. Spektral Tchebychev yaklaşımı, sistem dinamiklerini sayısal olarak çözmek ve voltaj/mekanik yer değiştirme frekans yanıt fonksiyonlarını (FRF'ler) elde etmek için kullanılır. Ayrıca, enerji hasadı uygulamasında daha yüksek voltaj değerleri elde etmek için mod atlama olgusunun etkisi araştırılmıştır. Gelecekteki çalışmalarda, bu tezde geliştirilen yeni modeller, hasat edilen enerjiyi optimize etmek ve titreşim kontrol performansını iyileştirmek için düz / kavisli elektro-mekanik sistemler için kullanılabilir.