Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wytwarzanie materiału BCT o właściwościach piezoelektrycznych w celu zastąpienia zawierającego ołów materiału PZT

Gromada Magdalena

Rynek Energii

|

2023

|

Nr 5

43--46

PL

Obecnie w przemyśle występuje silna potrzeba opracowania bezołowiowych materiałów piezoelektrycznych do zastosowań w energetyce, elektronice i medycynie. W pracy przedstawiono technologię wytwarzania proszku i tworzywa perowskitowego tytanianu wapniowo-barowego (BCT) wykazującego właściwości piezoelektryczne. Określono najważniejsze właściwości proszku BCT pod względem składu fazowego, morfologii, porowatości proszku, rozkładu wielkości cząstek i analizy termograwimetrycznej. Opracowano parametry w procesie formowania tworzywa metodą prasowania jednoosiowego i doprasowywania izostatycznego. Zoptymalizowano parametry wypalania tworzywa w celu uzyskania odpowiedniego poziomu zagęszczenia przy zapewnieniu jak najmniejszych wielkości ziaren w tworzywie. Wyznaczono wszystkie wymagane parametry uzyskanego materiału po wypaleniu tj.: skład fazowy, stopień zagęszczenia, mikrostruktura, współczynnik rozszerzalności cieplnej, wytrzymałość na zginanie, twardość i odporność na kruche pękanie. Uzyskane wyniki badań wskazują, że materiał ten może z powodzeniem zastąpić powszechnie stosowany PZT, zawierający w swym składzie nieprzyjazny dla środowiska ołów.

EN

Presently, there is a strong need in the industry to develop lead-free piezoelectric materials for applications in power engineering, electronics and medicine. This paper presents a technology for the production of perovskite calcium barium titanate (BCT) powder and material with piezoelectric properties. The most important properties of the BCT powder in terms of phase composition, morphology, powder porosity, particle size distribution and thermogravimetric analysis, were determined. Parameters in the forming process by both uniaxial and isostatic pressing were developed. The parameters of material sintering were optimized in order to obtain the appropriate level of compaction While ensuring the smallest grain sizes in the material. All required parameters of the obtained material after sintering were determined, i.e. phase composition, densiﬁcation degree, microstructure, coefﬁcient of thermal expansion, bending strength, hardness, and fracture toughness. The obtained results indicate that this material can successfully replace the commonly used PZT, which contains environmentally unfriendly lead.

2

Wyboczenie struktur kompozytowych z warstwami piezoelektryków

Kędziora P.

Przetwórstwo Tworzyw

|

2012

|

[R.] 18, nr 3

222-225

PL

W pracy przeanalizowano wpływ wartości napięcia oraz geometrii piezoelektryków na wartości siły krytycznej dla ściskanej belki i obrotowo-symetrycznej powłoki cylindrycznej. Sformułowano układ równań podstawowych opisujących deformacje struktur i ich wyboczenie. Rozważono parę piezoelektryków przytwierdzonych do górnej i dolnej powierzchni analizowanych struktur.

EN

In the paper, the influence of voltages and geometry of the piezoelectric patches on the beam/axisymmetric cylindrical shells buckling compressive load are studied. The governing equations characterizing deformations and buckling of structures are formulated and solutions are derived. It is assumed that the piezoelectric layers are placed on the top and bottom surfaces of the structures.

3

Zastosowanie piezoelektryków do generowania sił wewnętrznych w układach nieliniowych

Przybylski J., Gąsiorski G.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

167-174

PL

Praca dotyczy zastosowania elementów piezoceramicznych do generowania sił wzdłużnych w belkach z zamocowaniem końców uniemożliwiających przemieszczenia wzdłużne. Badany układ składał się z obustronnie utwierdzonej duraluminiowej belki o przekroju prostokątnym i dwóch piezoaktuatorów umocowanych symetrycznie po obu stronach tej belki. Zbadano wpływ siły generowanej przez piezaktuatory na siłę rezydualną występującą w belce. Wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych na specjalnie skonstruowanym stanowisku posłużyły do weryfikacji wyników badań numerycznych z rozwiązania zadania na podstawie opracowanego modelu matematycznego. Dalsze badania numeryczne dotyczyły wpływu długości piezoceramików i ilorazu sztywności na ściskanie piezosegmentu do sztywności belki nośnej na generowaną siłę rezydualną. Wyznaczono także napięcie krytyczne, przy jakim belka może utracić stateczność bez udziału obciążenia zewnętrznego.

EN

In this work the influence of the voltage applied to two ceramic piezoactuators collocally bonded to a duralumin beam of the rectangular cross section with both clamped ends, on the axial force generated along this beam have been studied. Performed numerical investigation on the basis of prepared mathematical model have been verified with those obtained from the experimental analysis done on a specially designed stand.

4

Wpływ siły piezoelektrycznej na częstość drgań kolumny nieliniowej z prętem piezoceramicznym

Przybylski J., Sokół K.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

175-182

PL

Układ badany w niniejszej pracy składa się z dwóch członów, z których jeden wzdłuż określonej długości jest prętem piezoceramicznym. Elementy konstrukcji połączone są przegubem i sprężyną rotacyjną o sztywności C. Obciążenie zewnętrze kolumny wywołane jest poprzez przyłożoną osiowo siłę skupioną P. Ze względu na nieliniowość geometryczną układu rozwiązanie przeprowadzono metodą małego parametru. Prezentowane wyniki dotyczą wpływu położenia przegubu, sztywności sprężyny rotacyjnej i siły piezoelektrycznej na częstość drgań własnych układu.

EN

In this work the problem of natural vibrations of the geometrically nonlinear column which loses its stability via divergence has been presented. The system considered in this work consists of two members, from which one is composed of two rods joined together by a pin strengthen by a rotational spring. One of the rods is made of piezoceramic material. The external load is axially applied to the column. Due to the geometrical nonlinearity, the solution to the problem was made by using the perturbation method. Presented results concern the influence of the joint localisation, the spring stiffness and the piezoelectric force on the natural vibration of the system.

5

Modeling and simulation of piezoelectric elements - comparison of available methods and tools

Staworko M., Uhl T.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2008

|

Vol. 27, no. 4

161-171

EN

The paper presents an overview of modeling techniques of piezoelectric elements and a comparison of a software for simulation mechanical and electro-mechanical systems with a piezoelectric transducer. The described models are applied to simulate a two degrees-of-freedom mechanical system with passive damping, a two-layer and multi-layer piezoelectric bimorph. The results of simulations preformed by the use of the presented software packages are being discussed.

PL

W pracy dokonano przeglądu metod modelowania elementów piezoelektrycznych. Porównano oprogramowanie umożliwiające symulację układów mechanicznych i elektryczno-mechanicznych zawierających przetwornik piezoelektryczny. Omówione modele użyto do symulacji układu o dwóch stopniach swobody z biernym tłumikiem drgań, dwuwarstwowej i wielowarstwowej belki piezoelektrycznej. Przeprowadzono dyskusję wyników symulacji wykonanych z użyciem zaprezentowanego oprogramowania.

6

A Dynamic Piezoelectric Contact Problem

Barboteu M., Sofonea M.

Machine Dynamics Problems

|

2008

|

Vol. 32, No. 1

23-32

EN

We consider a mathematical model, which describes the dynamic process of contact between a piezoelectric body and an electrically conductive foundation. The material's behavior is modeled with a nonlinear electro-viscoelastic constitutive law; the contact is frictionless and is described with the normal compliance condition and a regularized electrical conductivity condition. We state the variational formulation for the problem, and then we introduce a fully discrete scheme, based on the finite element method to approximate the spatial variable and the backward Euler scheme to discretize the time derivatives. We implement this scheme in a numerical code and, in order to verify its accuracy, we present numerical simulations in the study of a two-dimensional test problem.

7

The use of piezolectric elements to control vibrations of ax SMA material shaft

Gałkowski Z.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2007

|

Vol. 26, no. 3

95-104

EN

In the paper an analysis of the influence of structural friction and piezoelectric elements on damping of torsional vibration in a shaft is presented. The structural friction between the piezoelectric actuators and the shaft is taken into account. It is assumed that the shaft is made of SMA material. A dependency describing the equivalent Kirchhoff modulus and the equivalent viscotic damping coefficient is introduced for the assumed material. For the purpose of the analysis a mathematical model of a permanent shaft-sleeve joint is formulated. The obtained differential equations of motion are solved using the asymptotic Bogoliubov–Krylov–Mitropolsky method via developing relations for derivatives of amplitude and phase. The obtained equations are solved for the case of harmonic excitation with uniformly increasing frequency of the driving torque and the effect of the gain factor magnitude on the damping level is examined. On the grounds of numerical simulations the growth of damping efficiency in the joint as a function of the gain factor is confirmed.

PL

W pracy przeprowadzono analizę wpływu tarcia wewnętrznego oraz elementów piezoelektrycznych na tłumienie drgań skrętnych wału. Uwzględniono występowanie tarcia konstrukcyjnego pomiędzy wałem a aktuatorem. Przyjęto, że wał jest wykonany ze stopu SMA. Dla przyjętego materiału wału wprowadzono zależność określającą ekwiwalentny moduł Kirchhoffa oraz ekwiwalentny współczynnik tłumienia wiskotycznego. Na potrzeby analizy zbudowano model matematyczny układu z nierozłącznym połączeniem tuleja – wał, z uwzględnieniem tarcia konstrukcyjnego. Otrzymane różniczkowe równania ruchu rozwiązano asymptotyczną metodą Bogoliubowa–Kryłowa–Mitropolskiego, otrzymując różniczkowe równania określające wyrażenia na pochodną amplitudy i pochodną fazy. Otrzymane równania rozwiązano dla przypadku wymuszenia harmonicznego z jednostajnie zmienną częstością momentu wymuszającego oraz dla przypadku drgań swobodnych, badając wpływ wzmocnienia na intensywność tłumienia. Na podstawie przeprowadzonych obliczeń numerycznych otrzymanego rozwiązania stwierdzono zwiększenie efektywności tłumienia w połączeniu, zwiększające się wraz ze wzrostem współczynnika wzmocnienia wzmacniacza.

8

Sound insulation analysis of plates with piezoceramic elements

Kozupa M., Batko W., Pietrzko S.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2007

|

Vol. 26, no. 4

169-173

EN

This paper represents general idea research to the possibilities of increasing sound insulation of plates by active control it’s vibration through piezoceramic elements placed on the plane. In the preliminary research a rectangular plate 455x560 mm made of steal was analyzed. Sound insulation measurement was executed on a specialized enclosure in reverberation chamber. A PZT piezoceramic was proposed to control vibration of the plate.

PL

Praca przedstawia ogólną koncepcję badań dotyczących analizy możliwości zwiększenia dźwiękoizolacyjności przegród poprzez aktywne sterowanie ich drganiami za pomocą elementów piezolektrycznych rozmieszczonych na ich powierzchni. We wstępnych badaniach analizowano zachowania przegrody w postaci płyty prostokątnej o wymiarach 455 x 560 mm, wykonanej z blachy stalowej. Pomiary dźwiękoizolacyjności wykonano na specjalizowanym stanowisku w komorze pogłosowej. Do sterowania drganiami przegrody zaproponowano elementy piezoceramiczne PZT-4D.

9

Active damping of transverse vibration using distributed piezoelectric elements

Pietrzakowski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2004

|

z. 204

3--96

EN

The problems relating to the active damping of flexural vibration of beam and plate structures are presented and discussed in the work. The closed-loop control strategy applied is based on using piezoelectric patches or layers surface bonded or embedded within the host structure. Besides the monolithic piezopolymer or piezoceramic materials, hybrid composites containing aligned piezoceramic fibers are implemented and their advantages for structural vibration control shown. Two types of piezocomposites are considered: the classic with the transverse electric field and poling direction, and the modern type polarized and electrically supplied along the fibers. The effective electromechanical properties of piezocomposite materials are estimated using the uniform fields method. The first part of the work deals with the active control of beam-like structures. The models of coupled electromechanical behaviour are established within the static and the dynamic approach, and developed involving system geometry, cross-sectional stress distribution, local stiffening effect, and also the properties of bonding layers. The comparison of numerical results shows the effects of model simplifications on the control beam response. To improve the control system efficiency modal control concepts based on surface electrode tailoring and the use of multiple independently driven piezoelectric segments are formulated and numerically investigated. The experimental verification, which is accomplished for active damping of the cantilever beam vibration, proves in practice the effectiveness of collocated control and the correctness of the applied models of the system. The second part of the work is concerned with the flexural vibration control of rectangular laminated plates. Besides system modeliing, the efforts are aimed at the operational improvement of the activated plate acrueved by the spatial arrangement of the active elements including material axes orientation, and also the use of piezocomposite instead of monolithic materials. Considering piezocomposite patches or layers, the influence of the piezoceramic fiber distribution scheme, the fiber volume fraction, the fiber orientation and poling direction on the control system efficiency, and also the ability to suppress selected vibration modes, are demonstrated and discussed.

PL

Praca dotyczy zagadnienia aktywnego tłumienia drgań giętnych ukladów belkowych i plytowych. W przedstawionej koncepcji sterowania zastosowano piezoelektryczne elementy pomiarowe i wykonawcze w formie łat lub warstw przyklejonych do powierzchni lub zanurzonych w kompozytowej strukturze układu glównego. Oprócz jednorodnych pod względem składu materialów piezoelektrycznych z grupy polimerów lub ceramik, zastosowano hybrydowe kompozyty z piezoelektrycznymi włóknami, wykazując ich szczególne zalety w sterowaniu drganiami strukturalnymi płyt laminowanych. Rozpatrzono dwa rodzaje piezoelektrycznych kompozytów: klasyczne o poprzecznej polaryzacji włókien i zewnętrznym polu elektrycznym wzdluż grubości warstwy, oraz kompozyty nowego typu, w których pole elektryczne i polaryzacja mają kierunek wlókien. Efektywne elektromechaniczne właściwości hybrydowych kompozytów oszacowano na podstawie metody jednorodnych pól. W pierwszej części pracy skoncentrowano się na sterowaniu drganiami układów belkowych. Sformułowano modele oddziaływania elektromechanicznego elementów aktywnych, przyjmując jako podstawę związki statyczne, a w przypadku zaawansowanych modeli - zależności dynamiczne. W ramach analizy rozwinięto uproszczone modele układu, uwzględniając jego geometrię oraz rozkład naprężeń w przekroju obszaru aktywnego, lokalną zmianę sztywności i masy, a także lepkosprężyste właściwości warstwy łączącej elementy piezoelektryczne z układem bazowym. Porównując wyniki obliczeń, przedstawiono wpływ stosowanych uproszczeń modelu na reakcję dynamiczną układu. W celu zwiększenia skuteczności w zakresie sterowania wybranymi postaciami drgań, sformułowano i zastosowano strategię sterowania modalnego polegającą na odpowiednim ukształtowaniu elektrod powierzchniowych lub użyciu zestawu niezależnie działających par elementów piezoelektrycznych o przestrzennej konfiguracji dobranej do wymaganego efektu dynamicznego. Koncepcja aktywnego tłumienia drgań przy pomocy elementów piezoelektrycznych została zweryfikowana doświadczalnie na przykladzie drgań belki wspornikowej, potwierdzając jednocześnie efektywność układu sterowania. Porównując wyniki eksperymentu i symulacji cyfrowej, wykazano poprawność stosowanych matematycznych modeli układu. Druga część pracy dotyczy sterowania drganiami prostokątnych płyt laminowanych. Obok zagadnienia modelowania układu, celem analizy jest uzyskanie pożądanych charakterystyk dynamicznych płyty w wyniku doboru przestrzennej organizacji elementów aktywnych, włączając orientację osi właściwości materiałowych, a także stosując hybrydowe kompozyty zamiast jednorodnych materiałów piezoelektrycznych. W przypadku kompozytowych łat lub warstw przedstawiono wpływ sposobu rozmieszczenia włókien piezoelektrycznych w osnowie, ich udziału objętościowego i orientacji względem osi płyty oraz kierunku polaryzacji na efektywność sterowania, ze szczególnym uwzględnieniem redukcji amplitud wybranych form drgań.

10

Piezoelectric vibration control of rotating structures

Przybyłowicz P. M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2002

|

z. 197

3-120

EN

The considerations are concluded with an examination of the capability of piezoelectric actuators for the stabilisation of fIutter -type vibrations in journal bearing systems. A model of a rigid rotor symmetrically supported on journal bearings is investigated. The encouragement to take up such an effort ensues from the fact that slide bearings are very sensitive to the slightest changes in the size of their basic parameter, which is the lubricant gap. This size is comparable with the order of the tra- vel realised in standard piezoelectric materiaIs and stack actuators. The efficiency of the fIutter suppression is discussed for three various techniques of application of piezoelectric elements. The presented examination results prove the efficiency of vibration control in rotating systems by making use of piezoelectric elements, and they can be the starting point for more detailed cognitive and applied research in the future.

PL

W pracy przedstawiono problem stabilizacji i redukcji drgań w wybranych wirujących elementach maszyn, takich jak wały i wirniki łożyskowane ślizgowo. Metodę stabilizacji i redukcji oparto na wykorzystaniu piezoelektrycznych materiałów, pozwalających uzyskać pożądany efekt mechaniczny poprzez sterowanie napięciem. W pierwszej części pracy dokonano analizy możliwości zastosowania nowych materiałów konstrukcyjnych, jakimi są aktywne laminaty zawierające piezoelektryczne włókna ceramiczne. Przedstawiono teoretyczne podstawy i równania konstytutywne aktywnych laminatów opisujące związek pomiędzy siłami i momentami, a odkształceniami i krzywiznami z uwzględnieniem sprzężenia elektromechanicznego pochodzącego od aktywnych włókien. Przedyskutowano szczególne przypadki laminowania poprzecznego oraz kątowego w kompozytach symetrycznych i antysymetrycznych. Uwzględniono trzy różne sposoby generowania pola elektrycznego w poszczególnych warstwach poprzez różny układ elektrod i przeanalizowano efektywność takich realizacji. Ogólne równania konstytutywne wykorzystano do budowy modelu wirującego wału wykonanego z aktywnego laminatu. Zbadano skuteczność aktywnej stabilizacji opartej na sprzężeniu proporcjonalnym i prędkościowym w zwiększaniu krytycznej prędkości wirowania, przy której pojawiają się drgania samowzbudne. W wałach kompozytowych prędkość ta jest stosunkowo niska ze względu na dość duże, w porównaniu do zwykłych materiałów izotropowych, tłumienie wewnętrzne. Wykazano, że zastosowana metoda pozwala na osiągnięcie zamierzonego celu oraz wpływa na okołokrytyczne zachowanie się układu. Skonstruowano rozwiązanie bifurkacyjne i zbadano cykle graniczne. Okazało się, że orbitalna stateczność tych cykli zależy od parametrów sterowania, które mogą w pewnych warunkach złagodzić skutki samowzbudzenia twardego poprzez jakościową konwersję bifurkacji podkrytycznej w nadkrytyczną. W dalszej części zaprezentowano efektywność sterowania drganiami skrętnymi na przykładzie wału kompozytowego obciążonego harmonicznym momentem skupionym. Na podstawie zbudowanego modelu wykazano możliwość znacznego obniżenia poziomu amplitud rezonansowych. Opisano trzy sposoby realizacji pola elektrycznego w laminacie przy sterowaniu ze sprzężeniem prędkościowym. Powyższe analizy poprzedzono dyskusją nad przydatnością i sposobem adaptacji lekkich, bezinercyjnych czujników piezoelektrycznych wykonanych z polimerów, których zadaniem jest mierzenie amplitudy różnych postaci drgań - poprzecznych giętnych, poprzecznych promieniowych, skrętnych. Rozważania zamknięto analizą stabilizacji flatteru w wirnikach łożyskowanych ślizgowo. Do badań wykorzystano model sztywnego wirnika symetrycznie osadzonego w płaskich łożyskach ślizgowych. Zachętą do podjętych badań był fakt, że układy takie są bardzo wrażliwe na zmiany podstawowego parametru, jakim jest luz łożyskowy. Jego wielkość jest porównywalna z efektem odkształcenia uzyskiwanego w standardowych materiałach i elementach piezoelektrycznych. Efektywność ochrony układu przed flatterem wykazano dla różnych sposobów wykorzystania piezoełektrycznych aktuatorów . Przedstawione wyniki badań dowodzą skuteczności zaproponowanej metody sterowania drganiami układów wirujących z wykorzystaniem elementów piezoelektrycznych i mogą stanowić punkt wyjścia do bardziej szczegółowych studiów o charakterze poznawczym i aplikacyjnym.