Influence of bonding layer on piezoelectric actuators of an axisymmetrical annular plate

• Autorzy: Tylikowski A.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The purpose of this teoretical work is to present a general model of the response of an annular plate to the excitation by an annular actuator made of piezoelectric elements. The plate is clamped at the inner edge and free at the outer edge. Dynamic equations, joint conditions between sections with and without active layers as well as the boundary conditions at the two edges of the plate form a boundary value problem. The dynamic displacement response to the to the excitation by the applied harmonic voltage term are determined from the solution to this boundary value problem. The dynamic extensional strain on the plate surface is calculated by including the free stress conditions at the piezoelectric actuator boundaries, by considering the dynamic coupling between the actuator and the plate, and by taking into account a finite bonding layer with finite stiffness. Results from numerical simulation show influence of the bonding layer stiffness on the frequency- and space-dependent plate response.

PL

Wpływ warstwy kleju na działanie piezoelektrycznego aktuatora płyty pierścieniowej. Celem tej analitycznej pracy jest przedstawienie ogólnego modelu odpowiedzi płyty pierścieniowej na wymuszenie pochodzące od piezoelektrycznych pierścieniowych aktuatorów. Płyta jest sztywno zamocowana na brzegu wewnętrznym i swobodna na brzegu zewnętrznym. Warunki współpracy aktuatora z płytą uwzględniają właściwości sprężyste bezmasowej warstwy kleju poddawanej ścinaniu. Problem brzegowy opisano równaniami dynamiki płyty i piezoaktuatora, warunkami brzegowymi oraz warunkami zgodności na brzegach pierścieniowych obszarów rozgraniczających swobodne i poddane działaniu aktuatora części płyty. Ten kołowosymetryczny problem brzegowy rozwiązano dla harmonicznego wymuszenia napięciowego elementów piezoelektrycznych. Wyniki pokazują wpływ obecności warstwy kleju o skończonej sztywności na ścinanie, na charakterystyki częstotliwościowe przemieszczeń poprzecznych płyty, naprężeń stycznych w warstwie kleju i przemieszczeń radialnych piezoaktuatora.

Słowa kluczowe

EN

active composite; distributed piezoactuator; annular plate; bonding layer; forced harmonic vibration

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2000
• Tom: Vol. 38 nr 3
• Strony: 607--621
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Tylikowski A.

• Institute of Machine Design Fundamentals, Warsaw University of Technology

Bibliografia

• 1. BAILEY T., HUBBARD J.E., 1985, Distributed Piezoelectric-Polymer Active Vibration Control of a Cantilever Beam, Journal of Guidance, Control and Dynamics, 8, 605-611.
• 2. CRAWLEY E.F., DE LUIS J., 1987, Use of Piezoelectric Actuators as Elements of Intelligent Structures, AIAA J., 25, 1373-1385.
• 3. DAVIS C.L., LESIEUTRE G.A., 1998, An Actively - Tuned Solid State Piezoelectric Vibration Absorber, Proceedings of SPIE, Smart Structures and Materials, 3327, 169-182.
• 4. DIMITRIADIS E., FULLER C.R., ROGERS C.A., 1991, Piezoelectric Actuators for Distributed Vibration Excitation of Thin Plates, Journal of Applied Mechanics, 113, 100-107.
• 5. HAGOOD N.W., VON FLOTOV A., 1991, Damping of Structural Vibrations with Piezoelectric Materials and Passive Electric Networks, Journal of Sound and Vibration, 146, 2, 243-268.
• 6. JlE PAN, HANSEN C.H., SNYDER S.D., 1991, A Study of the Response of a Simply Supported Beam to Excitation by Piezoelectric Actuator, [in:] C.A. Rogers and C.R. Fuller (edit.), Recent Advances in Active Control of Sound and Vibration, Technomic Publishing, Lancaster-Basel, 39-49.
• 7. LEE C.K., 1990, Theory of Laminated Piezoelectric Plates for the Design of Distributed Sensors/Actuators. Part 1: Governing Equations and Reciprocal Relationships, J. Acoust. Soc. Am., 87, 1144-1158.
• 8. VAN NIEKERK J.L., TONGUE B.H., PACKARD A.K., 1995, Active Control of a Circular Plate to Reduce Transient Noise Transmission, Journal of Sound and Vibration, 183, 643-662.
• 9. TYLIKOWSKI A., 1993, Stabilization of Beam Parametric Vibrations, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 31, 657-670.
• 10. TYLIKOWSKI A., HETNARSKI R.B., 1999, Passive and Active Damping of Thermally Induced Vibrations, Proceedings of the Third International Congress on Thermal Stresses, Cracow Institute of Technology, Krakow, 573-576.
• 11. TYLIKOWSKI A., HETNARSKI R.B., 1998, Stabilization of Mechanical Systems with Distributed Piezoelectric Sensors and Actuators, Mathematics and Control in Smart Structures, 5-th SPIE Annual Symposium on Smart Structures and Materials, 3323, 346-356.