تحليل ارتعاشات و كنترل ميكروتير يكسر گيردار به همراه لايه هاي عملگر و حسگر پيزوالكتريك با فرض اثرات سطح

Vibration analysis and control of cantilever micro-beam integrated piezoelectric actuator and sensor layers considering surface effects

امروزه پيش‌بيني رفتار ارتعاشي و ديناميكي سازه‌هاي ميكرو مورد توجه بسياري از پژوهشگران قرار گرفته است. در اين پژوهش تحليل ارتعاشات و كنترل ميكروتير يكسر گيردار به همراه لايه‌هاي پيزوالكتريك عملگر و حسگر با فرض اثرات تنش سطح مورد ارزيابي قرار گرفته است. معادلات ديفرانسيل حاكم با استفاده از روش انرژي و اصل هميلتون استخراج شده و از روش مجموع مربعات ديفرانسيلي تعميم يافته براي گسسته-سازي و تبديل معادلات ديفرانسيل پاره‌اي به دسته معادلات ديفرانسيل معمولي استفاده شده است. اثر تغييرات هندسه مدل و مدول الاستيسيته سطح، تنش پسماند سطح و چگالي سطحي بر فركانس طبيعي مدل ميكروتير با لايه‌هاي پيزوالكتريك بررسي شده است. همچنين تأثير طراحي كنترلر بهينه خطي بر تغييرات پاسخ ديناميكي و ولتاژ كنترلي پيزوالكتريك مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج نشان دهنده‌ي افزايش سرعت پاسخ و كاهش سريعتر دامنه ارتعاشي مدل با طراحي كنترل بهينه خطي است.

Nowadays, accurate prediction of micro structure vibration and dynamic behavior have been considered by many researchers. In this work, vibration analysis and control of cantilever micro-beam integrated with piezoelectric actuator and sensor layers considering surface effects have been investigated. Hamilton’s principle and Energy method are used to derive governing partial differential equation of the motion. GDQM is applied to discretize the PDE into the ordinary differential equation. The effects of system geometry, Young’s modules of surface stress, surface residual stress and surface mass density on natural frequency are analyzed. Also, the effect of linear optimal controller design on dynamic the response time and piezoelectric control voltage has been evaluated. Results indicate that respond on model increases and vibration amplitude decreases faster.