ИЗМЕНЕНИЕ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ КОЛЕБАНИЙ ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТАМИ, ВСТРОЕННЫМИ В УПРУГИЕ ТЕЛА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе рассматривается задача об изменении собственных частот колебаний упругого тела со встроенными пьезоэлектрическими элементами при подаче на них электрического потенциала. Приводится математическая постановка задачи на основе принципа возможных перемещений для кусочно-однородного электроупругого тела. Конечные деформации представляются суммой линейной и нелинейной частей, которые линеаризуются относительно состояния с малым отклонением от положения начального равновесия, вызванного обратным пьезоэффектом. Приводятся экспериментальные и численные результаты, подтверждающие достоверность численного алгоритма на основе метода конечных элементов. На примере пластины со встроенным пьезоэлементом приводятся численные результаты, демонстрирующие влияние на изменение собственных частот колебаний различных параметров: жесткостных характеристик упругого тела; размеров, местоположения и количества пьезоактуаторов; отношения площадей пьезоэлемента и упругого тела; величины и знака электрического потенциала.

Об авторах

А. О. Каменских

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kamenskikh.a@icmm.ru
Пермь, Россия

Список литературы

  1. Song G., Sethi V., Li H.-N. Vibration control of civil structures using piezoceramic smart materials: A review // Eng. Struct. 2006. V. 28 № 11. P. 1513–1524. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2006.02.002
  2. Yan-ting A. et al. The influence of stiffened ribs on vibration of a thin-walled casing // 2017 9th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC). Kunming: IEEE, 2017. P. 60–64. https://doi.org/10.1109/ICMIC.2017.8321531
  3. Cobb R. et al. F-16 Ventral Fin Buffet Alleviation Using Piezoelectric Actuators // 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference. Palm Springs, California: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2009. https://doi.org/10.2514/6.2009-2538
  4. Abramovich H. Intelligent materials and structures. 1-st ed. Berlin: Walter de Gruyter, 2016. 378 p.
  5. Вольмир А.С. Нелинейная динамика пластинок и оболочек. М.: Наука, 1972. 432 с.
  6. Zhang Y. et al. Vibration control of membrane structures by piezoelectric actuators considering piezoelectric nonlinearity under strong electric fields // Eng. Struct. 2024. V. 315. Art. № 118413. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2024.118413
  7. Sun X.G., Chi W.C., Wang Y.Q. Linear active disturbance rejection control algorithm for active vibration control of piezo-actuated beams: Theoretical and experimental studies // Thin-Walled Structures. 2024. V. 199. Art. № 111782. https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.111782
  8. Shivashankar P., Gopalakrishnan S. Review on the use of piezoelectric materials for active vibration, noise, and flow control // Smart Mater. Struct. 2020. V. 29. № 5. Art. № 053001. https://doi.org/10.1088/1361-665X/ab7541
  9. Kamenskikh A., Lekomtsev S., Matveenko V. Free Vibration of Prestressed Plates and Shallow Shells with Piezoelectric Elements // Int. J. Appl. Mechanics. 2024. V. 16. № 07. Art. № 2450072. https://doi.org/10.1142/S1758825124500728
  10. Ren R. et al. Stiffness enhancement methods for thin-walled aircraft structures: A review // Thin-Walled Structures. 2024. V. 201. Art. № 111995. https://doi.org/10.1016/j.tws.2024.111995
  11. Hernandes J.A., Almeida S.F.M., Nabarrete A. Stiffening effects on the free vibration behavior of composite plates with PZT actuators // Composite Structures. 2000. V. 49. № 1. P. 55–63. https://doi.org/10.1016/S0263-8223(99)00125-7
  12. Donadon M.V., Almeida S.F.M., De Faria A.R. Stiffening effects on the natural frequencies of laminated plates with piezoelectric actuators // Composites Part B: Engineering. 2002. V. 33. № 5. P. 335–342. https://doi.org/10.1016/s1359-8368(02)00026-4
  13. Abramovich H. Axial Stiffness Variation of Thin Walled Laminated Composite Beams Using Piezoelectric Patches- a New Experimental Insight // IJASAR. 2016. P. 97–105. https://doi.org/10.19070/2470-4415-1600012
  14. Fridman Y., Abramovich H. Enhanced structural behavior of flexible laminated composite beams // Composite Structures. 2008. V. 82. № 1. P. 140–154. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2007.05.007
  15. Kuliński K., Przybylski J. Stability and vibrations control of a stepped beam using piezoelectric actuation // MATEC Web Conf. 2018. V. 157. Art. № 08004. https://doi.org/10.1051/matecconf/201815708004
  16. Kuo S.-Y. Stiffening Effects on the Natural Frequencies of Laminated Beams with Piezoelectric Actuators // J. Aeronaut. Astronaut. Aviat. Series A. 2010. V. 42. № 1. P. 67–72.
  17. Zenz G., Humer A. Stability enhancement of beam-type structures by piezoelectric transducers: theoretical, numerical and experimental investigations // Acta Mech. 2015. V. 226. № 12. P. 3961–3976. https://doi.org/10.1007/s00707-015-1445-9
  18. Kasem M.M., Dowell E.H. A study of the natural modes of vibration and aeroelastic stability of a plate with a piezoelectric material // Smart Mater. Struct. 2018. V. 27. № 7. Art. № 075043. https://doi.org/10.1088/1361-665X/aac8a7
  19. Versiani T.D.S.S. et al. Aeroelastic behavior of a composite plate-like wing under piezoelectrically induced stresses // Mech. Syst. Signal Processing. 2020. V. 143. Art. № 106795. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.106795
  20. Almeida A. et al. The effect of piezoelectrically induced stress stiffening on the aeroelastic stability of curved composite panels // Composite Structures. 2012. V. 9 4. № 1 2. P. 3601–3611. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2012.06.008
  21. Tsushima N., Su W. Flutter suppression for highly flexible wings using passive and active piezoelectric effects // Aerosp. Sci. Technol. 2017. V. 65. P. 78–89. https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.02.013
  22. Kasem M.M., Negm H., Elsabbagh A. Aeroelastic Modeling of Smart Composite Wings Using Geometric Stiffness // J. Aerosp. Eng. 2019. V. 32. № 2. Art. № 04018143. https://doi.org/10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000957
  23. Salmani H. et al. Modal analysis of piezoelectrically actuated plates with built-in stress by computationally augmented interferometric experiments // Sens. Actuators A: Physical. 2022. V. 337. Art. № 113444. https://doi.org/10.1016/j.sna.2022.113444
  24. Партон В.З., Кудрявцев Б.А. Электромагнитоупругость пьезоэлектрических и электропроводных тел. М.: Наука, 1988. 472 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).