تحليل استاتيكي پوسته استوانه‌اي با لايه حسگر و عملگر تحت بارگذاري يكنواخت

Static Analysis of Cylindrical shell with Sensor and Actuator Layer under Uniform Load

اين پژوهش به تحليل استاتيكي پوسته جدار ضخيم به‌منظور بررسي توزيع تنش ها، تغييرمكان ها و پتانسيل الكتريكي اختصاص دارد. پوسته موردبررسي داراي طول محدود و گوشه هاي مهارشده است كه توسط لايه هاي پيزوالكتريك از جنس PZT4 و PZT5 احاطه‌شده است. با توجه به شرايط مرزي موردمطالعه مؤلفه هاي جابجايي به كمك بسط سري فوريه محاسبه و درنتيجه معادلات ديفرانسيل جزئي تعادل مانند معادلات تنش كرنش به معادله ديفرانسيل معمولي با ضرايب ثابت تبديل‌شده است. توزيع تنش ها، تغييرمكان‌ها و پتانسيل الكتريكي با حل معادلات حالت به ازاي دو ماده پيزوالكتريك PZT4 و PZT5 مقايسه گرديد و نتايج پايداري براي پوسته مطالعه شده تحت بار يكنواخت و تأثير ولتاژهاي مختلف اعمالي به روي توزيع تنش ها و جابجايي هاي شعاعي، زاويه اي و طولي بررسي شد. نتايج به‌دست‌آمده نشان مي‌دهد كه اثر لايه‌هاي پيزوالكتريك بر رفتار مكانيكي پوسته هدفمند وابسته به ضخامت اين لايه مي باشد. همچنين تأثير ولتاژ القايي بر رفتار پوسته‌هاي مياني به‌طور قابل‌توجهي به ميزان نسبت شعاع مياني به ضخامت پوسته بستگي داشته و افزايش شارژ الكتريكي منجر به افزايش تنش شعاعي نرمال و تغيير مكان شعاعي مي‌گردد اما تأثير اين افزايش بر تغيير مكان جانبي منجر به كاهش اين متغير مي‌شود.

This study is related to the static analysis of thick cylindrical shell in order to determine stress, displacements and voltages. The studied shell has limited length, supported ends that surrounded by piezoelectric layers of PZT4 and PZT5. According to the studied boundary conditions, displacement components are calculated by Fourier series and consequently, partial differential equations of stability such as stress-strain, are converted to the ordinary differential equations with constant coefficients. Distribution of stress, displacements and voltage are compared by solving of state equations for two PZT4 and PZT5 and results of stability for studied shell under uniform load and also effect of different levels of applied voltage on distribution of radius, angular, longitudinal stress and displacements are investigated. The obtained results indicate that the effect of piezoelectric layers on mechanical behavior of shell is related to the thickness of these layers. Also effect of the Inductance voltage on behavior of mid-shells highly depend on radius of middle shell to thickness ratio and increasing of Electric flux results in increasing of radius stress and displacement. But effect of this increasing on LATERAL displacements results in reduction of this parameter