ارائه مدلی به منظور دریافت انرژی از تیر دارای لایه های پیزو با خاصیت مواد فلکسوالکتریک

چکیده: یک سازه در معرض نیروهای مختلف استاتیکی و دینامیکی قرار می گیرد، بارهای استاتیکی با توجه به ثابت بودن در طول زمان نسبت به بارهای دینامیکی اهمیت چندانی ندارند. زیرا در لحظه طراحی این موارد در نظر گرفته شده و تاثیر آن ها اعمال می گردد ولی در بارگذاری دینامیکی ، به دلیل تغییرات بار اعمالی در طول زمان به واسطه خصوصیات تحریکی بار، سازه همواره در فرکانس های مختلفی تحریک می شود که ممکن است این فرکانس، یکی از فرکانس های طبیعی سازه باشد که باعث بروز حالتی مانند: شکست، تغییر شکل پلاستیک در قسمتی از سازه، بروز رفتار غیر خطی در سازه، خستگی و شکست سازه گردد. از این رو می بایست رفتار ارتعاشی سازه و به ویژه فرکانس های طبیعی سیستم و عوامل موثر بر مقدار آن ها مورد بررسی قرار گیرد. از سویی دیگر یکی از روش هایی که برای کنترل رفتار ارتعاشی چنین سازه هایی مورد استفاده قرار می گیرد، استفاده از پیزوالکتریک ها می باشد. در این حالت با استفاده از خاصیت پیزوالکتریسیته می توان فرکانس های طبیعی و کرنش ها مکانیکی سازه را کنترل نمود. این کنترل فرکانس می تواند در قالب دریافت و ذخیره انرژی اهمیت پیدا کند. به عبارتی در شرایطی که بتوان انرژی حاصل شده از نوسانات و ارتعاشات یک سازه بخصوص تیر را با بهره گیری از قابلیت های لایه های پیزوالکتریک دریافت نمود، می توان علاوه بر کاهش خسارات و شکستگی های احتمالی تیر، انرژی بدست آمده را در بخش های دیگر مورد استفاده قرار داد. در این حالت با استفاده از خاصیت پیزوالکتریسیته می توان فرکانس های طبیعی و کرنش ها مکانیکی سازه را کنترل نمود. این کنترل فرکانس می تواند در قالب دریافت و ذخیره انرژی اهمیت پیدا کند. به عبارتی در شرایطی که بتوان انرژی حاصل شده از نوسانات و ارتعاشات یک سازه بخصوص تیر را با بهره گیری از قابلیت های لایه های پیزوالکتریک دریافت نمود، می توان علاوه بر کاهش خسارات و شکستگی های احتمالی تیر، انرژی بدست آمده را در بخش های دیگر مورد استفاده قرار داد. به عنوان اولین قدم، تاثیر توزیع خواص در ماده فلکسوالکتریک و شرایط مرزی بر روی فرکانس های اجباری تیر دارای مواد فلکسوالکتریک و پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفت. چهار فرکانس اول تیر به ازای شرایط مرزی مختلف وبرای چهار فرکانس اجباری اول تیر با شرط مرزی های مختلف ارائه شده است. تغییر دما تاثیر چندانی بر روی فرکانس های اجباری تیر ندارد. بررسی نتایج نشان می دهد که با افزایش و تغییر توزیع خواص در راستای ضخامت تیر، فرکانس های اجباری تیر در تمامی حالات افزایش می یابد. این موضوع بیانگر افزایش سفتی در تیر می باشد. همچنین نتایج نشان می دهد مطابق با انتظار هر چه تیر گیردار می شود فرکانس های آن افزایش می یابد. این موضع به دلیل افزایش سفتی سیستم می باشد. همچنین اثر بارگذاری الکتریکی و مغناطیسی بر روی فرکانس های اجباری تیر دارای مواد فلکسوالکتریک و پیزوالکتریک بررسی گردید. بدین منظور تیر با شرایط مرزی مختلف تحت مقادیر مختلفی از بارالکتریکی و مغناطیسی قرار گرفت همچنین چهار فرکانس اجباری اول تیر دارای مواد فلکسوالکتریک ارائه گردید. بررسی نتایج نشان می دهد که با افزایش بار مغناطیسی سفتی سیستم بیشتر شده و فرکانس های اجباری افزایش می یابد، حال آنکه با افزایش بارگذاری الکتریکی سفتی سیستم کاهش پیدا کرده و فرکانس اجباری کاهش می یابد. همینطور با افزایش طول تیر فرکانس های اجباری تیر کاهش یافت که این موضوع قابل انتظار بود، زیرا افزایش ابعاد باعث کاهش سفتی خمشی تیر می گردد.