مطالعه‌ی رفتار الکترو‌ترمو‌مکانیکی پوسته‌های پیزوالکتریک با استفاده از تحلیل هم‌هندسه

در این پژوهش با استفاده از تحلیل هم‌هندسه رفتار الکترومکانیکی پوسته‌های کامپوزیتی پیزوالکتریک بررسی شده است. روش‌های تولید شکل‌های هندسی مانند نربز و اسپلاین‌ها، اساس روش تحلیل هم‌هندسه است. در روش هم‌هندسه، برخلاف روش اجزای محدود، برای تولید مدل محاسباتی و نیز تقریب فضای حل از توابع پایه یکسان استفاده می‌شود. در این مقاله برای تحلیل سازه پوسته‌ای کامپوزیتی از نظریه تغییر شکل برشی مرتبه اول میندلین رایزنر استفاده شده ‌است که در آن هر نقطه کنترلی دارای پنج درجه آزادی، شامل سه درجه آزادی تغییر مکانی و دو درجه آزادی چرخشی، است. برای مدلسازی میدان الکتریکی تغییرات پتانسیل الکتریکی در راستای ضخامت لایه‌های پیزوالکتریک خطی فرض شده ‌است. کار انجام‌شده با حل چند مثال مختلف معتبرسازی شده ‌است. برای پوسته بام اسکوردلیس‌لو مقدار جابه‌جایی در نقطه میانی لبه آزاد با خطای 0/066 درصد از مقدار دقیق آن و برای پوسته یک‌سر گیر‌دار بیشترین مقدار خطا در جابه‌جایی نقطه میانی لبه آزاد آن، 0/039 درصد، به‌دست آمده است. در مثال‌های بعد، هدف رسیدن به تغییر شکل دلخواه پوسته با اعمال ولتاژ است. نخست، با افزایش ولتاژ اعمالی به یک پوسته چندلایه، تحت بار گسترده، تغییر شکل برون‌صفحه‌ای آن صفر شده است. سپس برای بررسی کنترل اعوجاج گرمایی، پوسته‌های کامپوزیتی متقارن و پادمتقارن در معرض گرادیان دما قرار گرفته‌اند. با اعمال ولتاژ با قطبیت‌های یکسان یا مخالف، پیچش یا خمش حرارتی یا هر دو در پوسته جبران شده است.