Effectivity of piezoelectric transition elements in modelling of electro-mechanical systems

• Autorzy: Zielińska Magdalena , Zboiński Grzegorz

Identyfikatory

DOI

10.1515/agriceng-2019-0020

Warianty tytułu

PL

Efektywność piezoelektrycznych elementów przejściowych w modelowaniu układów elektro-mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the coupled electro-mechanical problem. In the numerical analysis of the issue, piezoelectric solid-to-shell transition elements were applied. They combine three-dimensional or hierarchical shell piezoelectric elements with piezoelectric first order elements. The mentioned first order of the element refers to the field of transversal displacements of an element. The mechanical field of the discussed piezoelectric elements may correspond to: the model of three-dimensional theory of elasticity, hierarchical shell models of higher orders or the first order shell model. The electrical field of the potential may be modelled with hierarchical dielectric first order models or higher in transverse direction or with a three-dimensional theory. Effectiveness of modification of algorithms of classical piezoelectric elements was assessed in this paper. To perform such an assessment, curves of convergence of hp method in model tasks are presented. Curves obtained with the use of classical and modified piezoelectric transition elements were set and compared.

PL

Praca dotyczy sprzężonego problemu elektro-mechanicznego. W analizie numerycznej zagadnienia zastosowane zostały piezoelektryczne elementy przejściowe o charakterze bryłowopowłokowym. Łączą one ze sobą trójwymiarowe (lub hierarchiczne powłokowe) elementy piezoelektryczne z elementami piezoelektrycznymi pierwszego rzędu. Wspomniany pierwszy rząd elementu odnosi się do pola przemieszczeń poprzecznych elementu. Pole mechaniczne omawianych elementów piezoelektrycznych może odpowiadać modelom trójwymiarowej teorii sprężystości, hierarchicznym modelom powłokowym wyższych rzędów lub modelowi powłokowemu pierwszego rzędu. Elektryczne pole potencjału modelowane może być za pomocą hierarchicznych modeli dielektrycznych rzędu pierwszego lub wyższych w kierunku poprzecznym lub teorią trójwymiarową. W niniejszej pracy dokonana została ocena efektywności modyfikacji wprowadzonych do algorytmów klasycznych elementów piezoelektrycznych. W celu takiej oceny przedstawione są krzywe zbieżności metody hp w zadaniach modelowych. Zestawione ze sobą i porównane zostały krzywe uzyskane z wykorzystaniem klasycznych i zmodyfikowanych, piezoelektrycznych elementów przejściowych.

Słowa kluczowe

EN

finite elements method; piezoelectric elements; transition models; numerical solution convergence

PL

metoda elementów skończonych; elementy piezoelektryczne; modele przejściowe; zbieżność rozwiązania numerycznego

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 23, No. 2
• Strony: 93--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Zielińska Magdalena

• Department of Mechanics and Foundations of Machines Construction, University of Warmia and Mazury in Olsztyn, Olsztyn, Poland

autor

Zboiński Grzegorz

• Institute of Flow Machines of the Polish Academy of Sciences in Gdansk, Poland

Bibliografia

• Miazio, Ł. (2013). Analiza struktur sprężystych z warstwą brzegową z wykorzystaniem adaptacyjnej metody elementów skończonych typu hp. Rozprawa doktorska, Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk.
• Nosarzewska, M., Zboiński, G. (2009). Efektywność przejściowych elementów skończonych w hierarchicznym modelowaniu struktur złożonych. Modelowane Inżynierskie, 7(38). 131-138.
• Preumont, A. (2002). Vibration Control of Active Structures. An Introduction. 2nd Edition. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, ISBN 1-4020-0925-9.
• Preumont, A. (2006). Mechatronics. Dynamics of Electromechanical and Piezoelectric Systems. Springer, Dordrecht, The Netherlands, ISBN 1-4020-4695-2.
• Zboiński, G. (2001). Modelowanie hierarchiczne i metoda elementów skończonych do adaptacyjnej analizy struktur złożonych. Zeszyty naukowe IMP PAN w Gdańsku, Studia i materiały, 520/1479/2001, Instytut Maszyn Przepływowych PAN, Gdańsk.
• Zboiński, G. (2016). Problems of Hierarchical Modelling and hp-Adaptive Finite Element Analysis in Elasticity, Dielectricity and Piezoelectricity. (W:) Petrova R. (red.) Perusal of the Finite Element Method. In Tech, Rijeka, 1-29.
• Zboiński, G. (2018). Adaptive modeling and simulation of elastic, dielectric and piezoelectric problems. (W:) Pacurar R. (red.) Finite Element Method - Simulation, Numerical Analysis and Solution Techniques. In Tech, Rijeka, 157-192.
• Zielińska, M., Zboiński, G. (2011). Efektywność przejściowych elementów skończonych w modelowaniu struktur złożonych zdominowanych membranowo. Mechanik, 7, 967-972.
• Zielińska, M., Zboiński, G. (2018a). Algorytm opartych na podejściu trójwymiarowym, adaptacyjnych, piezoelektrycznych elementów przejściowych. 57. Sympozjon Modelowanie w Mechanice, Zeszyt streszczeń. 130.
• Zielińska, M., Zboiński G. (2018b). Solid-to-shell transition elements in adaptive analysis of model structures of a complex mechanical description. AIP Conference Proceedings, 1922, 040004.
• Zielińska, M., Zboiński, G. (2019). Modyfikacja algorytmu adaptacyjnych piezoelektrycznych elementów przejściowych. 58. Sympozjon Modelowanie w Mechanice, Zeszyt streszczeń. 91-92.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).