Modelowanie w systemie ABAQUS piezoelektrycznych elementów aktywnych typu MFC

• Autorzy: Latalski J.

Warianty tytułu

EN

Modelling of macro fiber composite piezoelectric active elements in ABAQUS system

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents an approach to effective modelling of piezoelectric transducers in finite element method based software. A macroscopic model of an active element made of macro fiber composite (MFC type) exhibiting d33 effect is developed in ABAQUS system. Next, a multilayer composite beam with the discussed piezoelectric actuator is analysed. Both a direct and a converse piezo effects are analyzed numerically, calculating respectively charge on transducer's poles subject to forced displacements and beam static deflections with respect to assumed supply voltage. The outcomes of the numerical simulations are compared to the laboratory test results. Next, the worked-out FEM model of MFC actuator/sensor is used to detect the simulated defect in composite material.

PL

W pracy przedstawiono sposób efektywnego modelowania kompozytowych elementów piezoelektrycznych metodą elementów skończonych. W systemie ABAQUS przygotowano makroskopowy model elementu aktywnego typu MFC wykorzystującego efekt piezoelektryczny d33. W dalszej kolejności przeanalizowano wielowarstwową belkę kompozytową z naklejonym badanym elementem aktywnym. Numerycznie zbadano prosty i odwrotny efekt piezoelektryczny, wyznaczając odpowiednio wartości napięć na zaciskach elementu aktywnego przy wymuszonym odkształceniu układu oraz ugięcia statyczne przy różnych wartościach napięcia zasilającego. Rezultaty tych analiz porównano z wynikami rzeczywistych pomiarów przeprowadzonych na stanowisku laboratoryjnym. Opracowany model numeryczny wykorzystano do próby wykrycia symulowanego uszkodzenia materiału kompozytowego.

Słowa kluczowe

EN

piezoelectric transducer; active elements; FEM; ABAQUS

PL

przetwornik piezoelektryczny; elementy aktywne; metoda elementów skończonych; Abaqus

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 4
• Strony: 72--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Latalski J.

• Department of Applied Mechanics Faculty of Mechanical Engineering Lublin University of Technology, 36 Nadbystrzycka Str., 20-618 Lublin, Poland,

Bibliografia

• 1. Abaqus 6.9 Documentation.
• 2. Adams D E. Health Monitoring of Structural Materials and Components: Methods and Applications. Hoboken (NJ): John Wiley & Sons, 2007.
• 3. Kabeya K. Structural Health Monitoring Using Multiple Piezoelectric Sensors And Actuators. Blacksburg (VA): Virginia Polytechnic Institute and State University, 1998.
• 4. Kessler S S. Piezoelectric-Based In-Situ Damage Detection of Composite Materials for Structural Health Monitoring Systems. PhD thesis. Boston (MA): Massachusetts Institute of Technology, 2002.
• 5. Klepka T, Dębski H, Rydarowski H. Characteristics of high-density polyethylene and its properties simulation with use of finite element method. Polimery 2009; 54(9): 668-672.
• 6. Leo D J. Engineering Analysis of Smart Material Systems. Hoboken (NJ): John Wiley & Sons, 2007.
• 7. Lowrie F, Cain M, Stewart M. Finite Element Modelling of Electroceramics. Technical Report, A150. Teddington: Centre for Materials Measurement and Technology, National Physical Laboratory, 1999.
• 8. La Saponara V, Horsley D A, Lestari W. Structural Health Monitoring of Glass/Epoxy Composite Plates Using PZT and PMN-PT Transducers. ASME Journal of Engineering Materials and Technology 2011; 133(1): 011011.
• 9. Schönecker A J, Daue T, Brückner B, Freytag Ch, Hähne L, Rödig T. Overview on macrofiber composite applications. Proceedings of the SPIE – Smart Structures and Materials 2006 (ed. Armstrong WD) 2006; 6170: 408-415.
• 10. Kollar L, Springer G S. Mechanics of Composite Structures. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.
• 11. Varadan V K, Vinoy K J, Gopalakrishnan S. Smart Material Systems and MEMS: Design and Development Methodologies. Chichester (NH): John Wiley & Sons, 2006.
• 12. Yousefi-Koma A. Intelligent Materials. W: Piezoelectric Ceramics as Intelligent Multifunctional Materials: 231-254. Cambridge: The Royal Society of Chemistry Publishing, 2008.