ریاضیات

4.3. پارامترهای پیزوالکتریک

علاوه بر تأثیر پارامترهای ساختاری و مواد، پارامترهای پیزوالکتریک نیز می توانند بر باند توقف تأثیر بگذارند. در این بخش، جهت قطبی پیزوالکتریک، مورد مدار باز الکتریکی و مورد اتصال کوتاه الکتریکی در اینجا به عنوان مثال در نظر گرفته شده است تا قانون تغییر باندهای توقف را آشکار کند.

سفتی خمشی ماده پیزوالکتریک PZT4 برای مورد اتصال کوتاه الکتریکی و مورد مدار باز الکتریکی در معادلات ( 21 ) و ( 22 ) به دست آمده است . با استفاده از نرم افزار MATLAB برای برنامه ریزی و جایگزینی در معادله ماتریس انتقال کل ( 32 )، منحنی های پاسخ انتقال فیبوناچی RPCAP پیزوالکتریک همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است ترسیم شده است . . این منحنی ها نشان می دهد که مورد اتصال کوتاه الکتریکی و مورد مدار باز می توانند به طور قابل توجهی بر باندهای توقف موج عرضی تأثیر بگذارند. همچنین مکان باندهای توقف موج عرضی به سمت فرکانس پایین حرکت می کند. پدیده فوق همچنین نشان می دهد که سفتی خمشی مواد پیزوالکتریک PZT4 به دلیل اثر پیزوالکتریک تغییر می کند. به عبارت دیگر، مقادیر سفتی خمشی توسط مورد اتصال کوتاه الکتریکی و مورد مدار باز تعیین می‌شود که منجر به تغییر مکان و عرض باند می‌شود.

شکل 9

منحنی های باند برای اتصال باز و کوتاه.

با اتخاذ رویکرد شبیه‌سازی المان محدود، ماده پیزوالکتریک PZT4 در امتداد جهت‌های قطبش X ، Y و Z در مختصات استوانه‌ای انتخاب می‌شود. شکل 10 اثر جهت قطبش را بر پاسخ انتقال موج عرضی برای فیبوناچی RPCAP نشان می دهد. از شکل 10 می توان دریافت که باندهای توقف به طور قابل توجهی در ناحیه فرکانس بالا ضعیف می شوند، اما در ناحیه فرکانس پایین واضح نیست. این پدیده نشان می دهد که جهت پلاریزاسیون نیز یکی از دلایل اصلی ایجاد تغییر باند توقف است.

شکل 10

اثر جهت قطبی

به طور خلاصه، مطالعات پاسخ انتقال فوق نشان می دهد که پارامترهای ساختاری، پارامترهای مواد و پارامترهای پیزوالکتریک برای فیبوناچی RPCAP می توانند به طور قابل توجهی بر باندهای توقف موج عرضی تأثیر بگذارند. از طریق طراحی مناسب این پارامترها، می توان به نوارهای توقف موج الاستیک بزرگ و گسترده برای کاهش ارتعاشات مهندسی دست یافت.

5. نتیجه گیری

این مقاله یک مدل فیبوناچی RPCAP پیزوالکتریک را برای به دست آوردن باندهای توقف موج عرضی ارائه می‌کند. ابتدا بر اساس حل معادله مواد همگن و معادله حاکم پیزوالکتریک، عبارات زاویه چرخش، نیروی برشی و لنگر خمشی به دست می‌آیند. سپس، این پارامترها در مختصات استوانه ای برای استخراج ماتریس انتقال ترکیب می شوند. رفتارهای باند توقف موج عرضی برای مدل فیبوناچی RPCAP تجزیه و تحلیل می‌شوند. شبیه سازی المان محدود در اینجا با نرم افزار ANSYS 14.0 انجام می شود تا موقعیت و عرض باندهای توقف را تأیید کند.

تجزیه و تحلیل بیشتر برای تأثیر پارامترهای ساختاری و پارامترهای مواد بر روی باند توقف مورد بحث قرار گرفته است. می توان دریافت که این پارامترها برای فیبوناچی RPCAP می توانند به طور قابل توجهی بر باندهای توقف موج عرضی تأثیر بگذارند. علاوه بر این، نتایج همچنین نشان می‌دهد که عملکردهای پیزوالکتریک مانند اتصال کوتاه الکتریکی، مدار باز الکتریکی و جهت قطبش PZT4 نیز دلیل اصلی تغییر باند توقف موج عرضی هستند.

در نهایت، رفتارهای باند توقف موج عرضی به تفصیل بررسی شده است. این کار برای جلوگیری از انتشار موج اهمیت زیادی دارد، به ویژه برای آن دسته از سیستم های روتور پیچشی همراه با ارتعاش عرضی.

در دسترس بودن داده ها

داده های مورد استفاده برای حمایت از یافته های این مطالعه در مقاله گنجانده شده است.

تضاد علاقه

نویسندگان اعلام می کنند که در مورد انتشار این مقاله تضاد منافع وجود ندارد.

قدردانی

این مطالعه توسط صندوق های تحقیقات بنیادی برای دانشگاه های مرکزی (گرنت شماره 2572020BG01)، برنامه ملی تحقیق و توسعه کلیدی چین (شماره کمک مالی 2020YFB2006400)، و پروژه های علمی و فناوری عمده استان هیلونگجیانگ (گرنت شماره 20203X0) حمایت شد. نویسندگان مایلند از دانشکده مهندسی مکاترونیک، موسسه فناوری هاربین، هاربین، چین برای ارائه پشتیبانی فنی تشکر کنند.

منابع

1. S. Asiri, A. Baz, and D. Pines, “Active periodic struts for a gearbox support system” Smart Materials and Structures , vol. 15، نه 6، صفحات 1707-1714، 2006.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

2. D. Wang، S. Zhijun، و L. WeiC. Meilong، L. Siyuan، و L. Shidan، "تجزیه و تحلیل ارتعاش درون صفحه پرتوهای منحنی کریستال صوتی،" Noise Control Engineering Journal ، جلد. 64، شماره 5، صفحات 658-667، 2016.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

3. D. Qian, J. Wu, and F. He, "شکافهای باند کوپلینگ الکترومکانیکی نانوپرتو تیموشنکو کریستال فونیک پیزوالکتریک با اثرات سطحی" Ultrasonics , vol. 109، شناسه مقاله 106225، 2021.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

4. L. Yao، D. Zhang، K. Xu، L. Dong، و X. Chen، "صفحات کریستالی آوایی توپولوژیکی با سیستم‌های موج الاستیک رزونانس محلی،" Applied Acoustics ، جلد. 177، شناسه مقاله 107931، 2021.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

5. D. Yu، J. Wen، H. Zhao، Y. Liu، و X. Wen، "کاهش ارتعاش با استفاده از ایده کریستال های آوایی در یک سیال انتقال دهنده لوله،" Journal of Sound and Vibration، جلد . 318، شماره 1-2، صص 193-205، 2008.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

6. M. Mazzotti، M. Miniaci، و I. Bartoli، "تجزیه و تحلیل ساختار نواری امواج بلوخ نشتی در صفحات کریستالی فونونیک دوبعدی،" Ultrasonics ، جلد. 74، صص 140-143، 2017.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

7. P. Chen, Y.-Z. وانگ و Y.-S. وانگ، "کنترل فعال امواج خمشی در یک پرتو کریستالی آوایی با ویژگی‌های متناوب متناوب،" Wave Motion ، جلد. 93، شناسه مقاله 102481، 2020.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

8. AM Goto، ED Nóbrega، FN Pereira، و JMC Dos Santos، "تحقیق عددی و تجربی بلورهای آوایی از طریق مدل‌های میله‌ای مرتبه بالاتر مبتنی بر موج،" مجله بین‌المللی علوم مکانیکی ، جلد. 181، شناسه مقاله 105776، 2020.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

9. A. Zak، M. Krawczuk، G. Redlarski و همکاران، "یک پرتو تناوبی سه بعدی برای اهداف جداسازی ارتعاشی،" Mechanical Systems and Signal Processing ، جلد. 130، صفحات 524-544، 2019.

   مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

10. X. Guo، P. Wei و L. Li، "روابط پراکندگی امواج الاستیک در کریستال آوایی پیزوالکتریک تک بعدی با رابط های مکانیکی و دی الکتریکی ناقص،" Mechanics of Materials ، جلد. 93، صفحات 168-183، 2016.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

11. HS Shu، LQ Dong، SD Li و همکاران، "انتشار موج پیچشی در یک صفحه حلقوی نازک از کریستال های آوایی تعمیم یافته،" Journal of Applied Physics D ، جلد. 47، صفحات 1-11، 2014.

    مشاهده در: Google Scholar

12. H. Shu، W. Liu، S. Li و همکاران، "تحقیق در مورد شکاف باند موج خمشی یک صفحه دایره ای نازک از کریستال های صوتی شعاعی پیزوالکتریک،" مجله ارتعاش و کنترل ، جلد. 22، شماره 7، صفحات 1777-1789، 2016.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

13. Z. Chai، D. Wang، W. Liu، و D. Kong، "انتشار موج پیچشی در کریستال های صوتی شعاعی پیزوالکتریک،" Noise Control Engineering Journal ، جلد. 64، شماره 1، صفحات 75-84، 2016.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

14. Z. Xu، F. Wu و Z. Guo، "ساختارهای باند آوایی فرکانس پایین در بلورهای آوایی دوبعدی قوسی شکل،" Physics Letters A ، جلد. 376، شماره 33، صفحات 2256-2263، 2012.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

15. D. Torrent و J. Sánchez-Dehesa، "رزونانس های صوتی در پوسته های کریستالی شعاعی شعاعی دو بعدی،" New Journal of Physics ، جلد. 12، شماره 7، شناسه مقاله 073034، 2010.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

16. D. Torrent و J. Sánchez-Dehesa، "کریستالهای موج شعاعی: ساختارهای دوره ای شعاعی از فرامواد ناهمسانگرد برای مهندسی امواج صوتی یا الکترومغناطیسی،" Physical Review Letters ، جلد. 103، شناسه مقاله 064301، 2009.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

17. J. Carbonell، D. Torrent و J. Sanchez-Dehesa، "پوسته های کریستالی فوتونی شعاعی و کاربرد آنها به عنوان عناصر تشدید کننده و تابشی،" IEEE Transactions on Antennas and Propagation ، جلد. 61، شماره 2، صفحات 755-767، 2013.

    مشاهده در: سایت ناشر | Google Scholar

18. HS Shu، L. Zhao، XN Shi، و W. Liu، "انتشار موج پیچشی در یک صفحه دایره ای از کریستال های صوتی شعاعی پیزوالکتریک،" Journal of Applied Physics ، جلد. 118، شماره 2، شناسه مقاله 184904، 2015.

    مشاهده در: Google Schola

منبع

https://www.hindawi.com/journals/sv/2021/3905426/