Excitation zones optimization for piezoelectric structures

• Autorzy: Bansevicius R. , Kulvietis G. , Mazeika D.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja stref wzbudzenia w strukturach piezoelektrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a study of optimization of the electrodes dislocation of piezoelectric actuators. The following conditions of optimization problem are considered: to unify excitation voltage forms, to achieve reverse motion and maximum coefficient of efficiency. Realisation of this requirement means that generator has to supply voltage of constant frequency, amplitude and phase, reverse motion must be achieve only through changing the polarity of the electric flux and the surface of the piezodrive is fully covered with electrodes. When all aforementioned conditions are achieved, any mode shape of piezoelectric actuator could be obtained by changing polarity of the voltage, supplied to the particular electrode. In order to find the sign of the polarity, corresponding to the certain modal shape, the comparison must be done between directions of the vector of amplitude of the equivalent mechanical force and particular eigenvector of the actuator. If the direction of displacement eigenvector of the piezodrive and the vector of amplitudes of the equivalent mechanical force is the same or similar i.e. the angle is within the limits [—pi/2, pi/2], then the polarity of the voltage, supplied to particular electrode have initial sign. In other case the sign of polarity must be changed. FEM modelling is performed in calculating process. The results of calculations of excitation zones dislocation of the piezoelectric actuators are shown under two optional conditions of fixing.

PL

Praca przedstawia optymalizację rozmieszczenia elektrod w aktuatorach piezoelektrycznych. Rozważa się następujące warunki zagadnienia optymalizacyjnego: ujednolicenie kształtu napięcia wzbudzjącego, uzyskanie ruchu wstecznego i maksymalnego współczynnika sprawności. Spełnienie tych wymagań oznacza, że generator musi dostarczać napięcia o stałej częstotliwości, amplitudzie i fazie; ruch wsteczny musi być uzyskany wyłącznie przez zmianę biegunowości przepływu, a powierzchnia napędu piezoelektrycznego musi być całkowicie pokryta elektrodami. Gdy wszystkie wymienione wyżej warunki są spełnione, można uzyskać dowolny kształt działania aktuatora przez zmianę biegunowości napięcia dostarczanego do danej elektrody. Aby znaleźć znak biegunowości odpowiadającej danemu kształtowi modalnemu, należy dokonać porównania między kierunkami wektora amplitudy odpowiedniej siły mechanicznej i szczególnego wektora własnego aktuatora. Jeśli kierunek wektora własnego przemieszczeń napędu piezoelektrycznego i wektora amplitud równoważnej siły mechanicznej jest taki sam lub podobny, tzn. kąt mieści się w granicach [—pi/2, pi/2], wtedy biegunowość napięcia dostarczanego do danej elektrody ma znak początkowy. W przeciwnym przypadku znak biegunowości musi zostać zmieniony. Modelowanie MES dokonuje się w trakcie procesu obliczeniowego. Wyniki obliczeń dotyczące rozmieszczenia stref wzbudzenia aktuatorów piezoelektrycznych są pokazane przy dwóch przykładowo założnych warunkach zamocowania.

Słowa kluczowe

PL

optymalizacja; strefa wzbudzenia; aktuator piezoelektryczny; elektroda; urządzenie uruchamiające

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 1999
• Tom: Vol. 45, nr 2
• Strony: 137--146
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., il.

Twórcy

autor

Bansevicius R.

• Kaunas University of Technology, Lithuania

autor

Kulvietis G.

• University of Siauliai, Lithuania

autor

Mazeika D.

• Vilnius Gediminas Technical University, Lithuania

Bibliografia

• 1. A. GLEBUS, D. MAZEIKA, G. KULVIETIS, R. BANSEVICIUS, Analysis of the natural frequencies of piezoactive cylinder, Mechanical Technology XXIV. Conference, Kaunas 1996.
• 2. R. BANSEVICIUS, G. KULVIETIS, D. MAZEIKA, Optimal electrodes configuration of two dimensional piezodrives, Mechanics 97. Conference, Vilnius 1997.
• 3. H.S. TZOU, Piezoelectric shells (Distributed sensing and control of continua), Kluwer Academic Publishers, 1993.
• 4. R. BANSEVICIUS, K. RAGULSKIS, Vibromotors [in Russian] Vilnius 1981.
• 5. G. KULVIETIS, G. MARKAUSKAITE, K. RAGULSKIS, FEM applications to piezoceramic constructions [in Russian], Vibrotechnika, 4, 381, 53-61, 1979.
• 6. R. BARAUSKAS, R. BANSEVICIUS, G. KULVIETIS, K. RAGULSKIS, Vibromotors for precision microrobots, Hemisphere Publishing Corp., USA 1988.