کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
6954167 1451827 2018 22 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Modeling of coupled longitudinal and bending vibrations in a sandwich type piezoelectric transducer utilizing the transfer matrix method
ترجمه فارسی عنوان
مدل سازی ارتعاش های طولی و خمشی همراه در مبدل پیزوالکتریک نوع ساندویچ با استفاده از روش ماتریس انتقال
کلمات کلیدی
مبدل پیزوالکتریک نوع ساندویچ، لرزش طولی خمشی همراه، روش انتقال ماتریس، مدل پویا سیستماتیک، اعتبار سنجی،
ترجمه چکیده
مبدل های پیزوالکتریک نوع ساندویجی به طور گسترده ای به عنوان مکانیسم های عملگر برای موتورهای اولتراسونیک و ماشین های برش اولتراسونیک به علت مزایای ساختار جمع و جور، هیچ تداخل الکترومغناطیسی، عملکرد مکانیکی عالی و پاسخ سریع مورد استفاده قرار می گیرند. با استفاده همزمان از سرامیک پیزوالکتریک خمشی و سرامیک پیزوالکتریک طولی، مبدلهای پیزوالکتریک نوع ساندویچ را می توان برای تولید ارتعاشات طولی و خمیدگی ترکیب کرد. برای نادیده گرفتن قطبش خاص و پیچیده سرامیک پیزوالکتریک خمشی، یک مبدل پیزوالکتریک نوع ساندویچ جدید با استفاده از سرامیک پیزوالکتریک طولی پیوسته معمولی مستطیل شکل در این مطالعه پیشنهاد شده است. مبدل پیشنهاد شده می تواند برای تولید ارتعاش های طولی و خمشی همراه با تحریک دو سیگنال الکتریکی با فاز متحرک تحریک شود. برای تشخیص رفتار دینامیکی مبدل پیشنهاد شده و کاهش تلاش های محاسباتی شبیه سازی عنصر محدود، یک مدل نیمه تحلیلی با استفاده از روش ماتریس انتقال توسعه داده می شود. اگر چه مدل ارتعاش طولی یا خمشی فرد برای عناصر پیزوالکتریک طراحی شده است، مدل سازی ارتعاش های طولی و خم شده همراه با همزمان با توجه به ضرایب الکتریکی و مکانیکی هنوز در دسترس نیست. بنابراین، یک مدل جدید ماتریس انتقال برای پرتو پیزوالکتریک کامپوزیتی برای توصیف ارتعاشات طولی و خمیدگی مرتبط شده ایجاد شده است. مدل ماتریس انتقال ارائه شده قادر به بهینه سازی مبدل پیشنهاد شده است و همچنین برای مدل سازی مبدل های پیزوالکتریک نوع ساندویچ معمولی مناسب است. برای اثبات اثربخشی مدل پیشنهادی، دو مطالعه موردی انجام شده است. اولا بهینه سازی مبدل برای دستیابی به ابعاد هندسی مناسب انجام می شود. سپس مشخصات ویژگی فرکانس و شکل ارتعاش مبدل محاسبه شده و با نتایج شبیه سازی عناصر محدود مقایسه شده است. مقایسه ها نشان می دهد که مدل ماتریس انتقال پیشنهاد شده معتبر است و می تواند به طور موثر تلاش های محاسباتی را کاهش دهد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر پردازش سیگنال
پیش نمایش مقاله
مدل سازی ارتعاش های طولی و خمشی همراه در مبدل پیزوالکتریک نوع ساندویچ با استفاده از روش ماتریس انتقال
چکیده انگلیسی
Sandwich type piezoelectric transducers are widely employed as actuating mechanisms for ultrasonic motors and ultrasonic cutting machines due to their advantages of compact structure, no electromagnetic interference, excellent mechanical performance, and fast response. By simultaneously adopting bending piezoelectric ceramics and longitudinal piezoelectric ceramics, sandwich type piezoelectric transducers can be utilized to generate coupled longitudinal and bending vibrations. To neglect the specific and complex polarization of the bending piezoelectric ceramics, a novel sandwich type piezoelectric transducer adopting commonly rectangular longitudinal piezoelectric ceramics is proposed in this study. The proposed transducer can be stimulated to produce the coupled longitudinal and bending vibrations by applying two electrical signals with shifted phase. To reveal the dynamic behavior of the proposed transducer and reduce the computational efforts of the finite element simulation, a semi-analytical model is developed using the transfer matrix method. Although the individual longitudinal or bending vibration model has been developed for piezoelectric elements, the modeling of coupled longitudinal and bending vibrations by simultaneously considering the electrical and mechanical coefficients is still unavailable. Therefore, a new transfer matrix model is created for the composite piezoelectric beam to describe the coupled longitudinal and bending vibrations. The presented transfer matrix model is capable of optimizing the proposed transducer and is also suitable for modeling conventional sandwich type piezoelectric transducers. To validate the effectiveness of the proposed model, two case studies are conducted. First, the optimizations of the transducer are conducted to obtain suitable geometrical dimensions. Then the frequency response characteristics and vibration shapes of the transducer are computed and compared to finite element simulation results. The comparisons demonstrate that the proposed transfer matrix model is valid and can effectively reduce the computational efforts.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Mechanical Systems and Signal Processing - Volume 108, August 2018, Pages 216-237
نویسندگان
, , , , ,