Preview

Advanced Engineering Research

Расширенный поиск

Поперечные колебания круглого биморфа с пьезоэлектрическим и пьезомагнитным слоями

https://doi.org/10.23947/1992-5980-2020-20-2-118-124

Полный текст:

Аннотация

Введение. Статья посвящена исследованию поперечных осесимметричных колебаний биморфа с двумя пьезоактивными слоями: пьезоэлектрическим и пьезомагнитным. Этот элемент может найти применение в устройстве накопления энергии, которое находится в переменном магнитном поле. Целью работы являлось исследование зависимости частот резонанса, антирезонанса и коэффициента электромеханической связи от геометрических параметров элемента.

Материалы и методы. Математической моделью работы пьезоэлемента является краевая задача линейной магнитоэлектроупругости. Элемент состоит из трех слоев: двух пьезоактивных (PZT-4 и CoFe2O4) и среднего пассивного слоя, выполненного из стали. В качестве метода решения краевой задачи используется метод конечных элементов, реализованный в пакете ANSYS.

Результаты исследования. Разработана конечно-элементная модель пьезоэлемента в пакете ANSYS. Решены задачи определения собственных частот резонанса и антирезонанса. Построены графические зависимости этих частот и коэффициента электромеханической связи в зависимости от геометрических параметров устройства — толщины и радиуса пьезоактивных слоев.

Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе конструирования рабочего элемента устройства накопления энергии за счет действия переменного магнитного поля. Построенные зависимости собственных частот резонанса и антирезонанса от геометрических параметров пьезоэлемента позволяют выбрать размеры пьезоактивных слоев для заданной рабочей частоты при наибольшем коэффициенте электромеханической связи.

Об авторах

А. Н. Соловьев
Донской государственный технический университет
Россия

Соловьев Аркадий Николаевич - заведующий кафедрой теоретической и прикладной механики, доктор физико-математических наук, профессор.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.

Researcher ID H-7906-2016, Scopus ID 55389991900



До Тхань Бинь
Донской государственный технический университет
Россия

До Тхань Бинь - аспирант кафедры теоретической и прикладной механики.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.



О. Н. Лесняк
Донской государственный технический университет
Россия

Лесняк Ольга Николаевна - доцент кафедры теоретической и прикладной механики.

344000, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1.



Список литературы

1. Shevtsov S. N. Piezoelectric Actuators and Generators for Energy Harvesting / S. N. Shevtsov, A. N. Soloviev, I. A. Parinov, A. V. Cherpakov and V. A. Chebanenko // Heidelberg, Springer, 2018.

2. Зыонг, Л. В. Конечно-элементное моделирование пьезоэлектрических устройств накопления энергии с усложненными физико-механическими свойствами : дис.... канд. техн. наук / Ле Ван Зыонг. — Ростов-на-Дону, 2014. — 214с.

3. Duong, L. V. Finite Element Modeling and Experimental Studies of Stack-Type Piezoelectric Energy Harvester / L. V. Duong, M. T. Pham, V. A. Chebanenko, A. N. Solovyev, C. V. Nguyen //International Journal of Applied Mechanics. 2017, Vol. 9, No. 6, p. 1750084. doi: 10.1142/S1758825117500843

4. Kurbatova N.V. Finite element approach for composite magneto-piezoelectric materials modeling in ACELAN-COMPOS package / N.V. Kurbatova, D.K. Nadolin, A.V. Nasedkin, P.A. Oganesyan, A.N. Soloviev // Analysis and Modelling of Advanced Structures and Smart Systems. Series «Advanced Structured Materials». — 2018. — Vol. 81, H. Altenbach, E. Carrera, G. Kulikov (Eds.). Springer, Singapore. Ch.5. p. 69-88.

5. Jin-Yeon Kim. Micromechanical analysis of effective properties of magneto-electro-thermo-elastic multilayer composites / Jin-Yeon Kim // International Journal of Engineering Science. — 2011. — Vol. 49, p. 10011018.

6. Challagulla K.S. Micromechanical analysis of magneto-electro-thermo-elastic composite materials with applications to multilayered structures / K.S. Challagulla, A.V. Georgiades // International Journal of Engineering Science. — 2011. — Vol.49, p.85-104.

7. Yu, G.-L. Theoretical investigation of magnetoelectric effect in multilayer magnetoelectric composites / Guo-Liang Yu, Huai-Wu Zhang, Fei-Ming Bai, Yuan-Xun Li, Jie Li // Composite Structures Journal. — 2015. — Vol. 119, p.738-748. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2014.09.049

8. Yu, G.-L. Equivalent circuit method for resonant analysis of multilayer piezoelectric-magnetostrictive composite cantilever structures / Guo-Liang Yu, Huai-Wu Zhang, Yuan-Xun Li, Jie Li // Composite Structures Journal. — 2015.— Vol.125, p. 367-476. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2015.02.001

9. Shi, Y. A functionally graded composite cantilever to harvest energy from magnetic field / Yang Shi, Hong Yao, Yuan-wen Gao // Journal of Alloys and Compounds. — 2017.— Vol. 693, p. 989-999. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.09.242

10. Zhang Y. F. Analysis on nonlinear vibrations near internal resonances of a composite laminated piezoelectric rectangular plate / Y. F. Zhang, W. Zhang, Z. G. Yao // Engineering Structures Journal. — 2018. — Vol. 173, p.89-106. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.04.100

11. Yang Y. Bending and free vibration of a circular magnetoelectroelastic plate with surface effects / Ying Yang, Xian-Fang Li // International Journal of Mechanical Sciences. — 2019.— Vol. 157-158, p.858-871. https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2019.05.029


Для цитирования:


Соловьев А.Н., Бинь Д.Т., Лесняк О.Н. Поперечные колебания круглого биморфа с пьезоэлектрическим и пьезомагнитным слоями. Вестник Донского государственного технического университета . 2020;20(2):118-124. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2020-20-2-118-124

For citation:


Solov'ev A.N., Do T.B., Lesnyak O.N. Transverse vibrations of a circular bimorph with piezoelectric and piezomagnetic layers. Vestnik of Don State Technical University . 2020;20(2):118-124. https://doi.org/10.23947/1992-5980-2020-20-2-118-124

Просмотров: 121


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2687-1653 (Online)