LUẬN VĂN phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hưởng bằng FEM
TÓM TẮT
Đề tài: “Phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM” xây dựng mô hình toán và phương pháp số cho tấm composite có dán vật liệu áp điện. Luận văn tập trung vào các điểm sau:
Xây dựng mô hình toán dựa trên việc phát triển phần tử tấm đẳng tham số 4 nút với 5 bậc tự cơ (3 tịnh tiến, 2 góc quay) cho mỗi của nút dựa trên lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất để tính toán ma trận độ cứng phần tử (liên kết cơ – điện) và ma trận khối lượng phần tử của tấm composite. Điện thế () được giả định là bậc tự do thêm vào trên mỗi phần tử. Nguyên lý của Hamilton được sử dụng để tìm được các phương trình phần tử hữu hạn sử dụng năng lượng cơ học của cấu trúc và năng lượng điện của vật liệu áp điện. Sau đó, code phần tử hữu hạn trong nền tảng MATLAB được viết để phân tích tĩnh của cấu trúc tấm phẳng dựa trên lý thuyết tấm của Mindlin. Từ kết quả, ta nhận thấy có thể điều khiển được độ võng tĩnh với các mức điện áp đặt vào bộ kích hoạt.
ABSTRACT
Thesis: “Analysis of multiphysics interacting influences in anisotropic materials by FEM” building mathematical models and numerical methods for composite plates is patch piezoelectric materials. Thesis only focus on the following issues:
Building mathematical models based on the development a four noded isoparamatric flat plate element with five mechanical degrees of freedom ( 3 translational, 2 rotational) per node based on first order shear deformation theory to compute the elemental stiffness (electro-mechanical coupling) and mass matrix of composite plate. Electrical voltage () is assumed as an additional DOF which is to be applied per element. Hamilton’s principle is employed to derive the finite element equations using the mechanical energy of the structure and the electrical energy of the piezoelectric material. Then, A finite element code in the MATLAB platform is written for static analysis of the flat plate structures based on mindlin’s plate theory. Form the results, it is found out that the static deflection control can be achieved with a given voltage applied through the IDE-PFC actuator.
MỤC LỤC
GIẤY QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI. i
XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN.. ii
LÝ LỊCH KHOA HỌC.. iii
LỜI CAM KẾT. iv
LỜI CẢM ƠN.. v
TÓM TẮT. vi
MỤC LỤC.. vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. ix
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH.. x
DANH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xi
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.. 1
1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn. 1
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu. 2
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu. 2
1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp. 2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN.. 4
2.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước. 4
2.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước. 4
2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 4
2.2 Giới thiệu về FEM... 5
2.2.1 Các bước tiến hành phương pháp phần tử hữu hạn. 5
2.2.2 Các dạng phần tử trong FEM... 6
2.2.3 Các ưu điểm của FEM... 8
2.3 Giới thiệu về vật liệu composite. 8
2.4 Giới thiệu về piezoelectric. 9
2.5 Giới thiệu về multiphysics. 11
CHƯƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. 12
3.1 Mối quan hệ ứng suất biến dạng. 12
3.2 Phát triển mối quan hệ kết cấu cho tấm laminate. 14
3.3 Mối quan hệ kết cấu vật liệu áp điện. 18
3.4 Phân tích phần tử hữu hạn. 19
3.4.1 Giới thiệu. 19
3.4.2 Nguyên lý biến biến phân. 19
3.4.3 Cách trình bài phần tử hữu hạn sử dụng phần tử đẳng tham số. 21
3.4.4 Ma trận độ cứng đàn hồi25
3.4.5 Ma trận độ cứng liên kết cơ điện. 27
3.4.6 Ma trận độ cứng điện. 27
3.4.7 Ma trận khối lượng. 28
3.4.8 Vectơ lực phần tử. 29
3.4.9 Phương trình điều khiển của hệ. 29
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.. 32
4.1 Áp dụng cho bài toán phân tích tấm composite. 32
4.2 Kết quả phân tích tĩnh. 33
4.3 Kết quả phân tích động lực học. 35
4.4 Code phần tử hữu hạn. 37
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ THẢO LUẬN.. 84
5.1 Kết luận. 84
5.2 Kiến nghị84
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 85
PHỤ LỤC.. 87
DANH MỤC BẢNG BIỂU
BẢNG TRANG
Bảng 4.1: Thuộc tính của vật liệu áp điện PZT G1195N piezoceramics và composite graphite–epoxy 33
Bảng 4.2: Độ võng của tấm và so sánh với lời giải tham khảo. 34
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ HÌNH
HÌNH TRANG
Hình 2.1: Lưới phần tử hữu hạn. 5
Hình 2.2: Phần tử 1D.. 6
Hình 2.3: Phần tử 2D.. 6
Hình 2.4: Phần tử tam giác và phần tử tứ giác 7
Hình 2.5: Phần tử tứ diện. 7
Hình 2.6: Phần tử lục diện. 7
Hình 2.7: Phần tử ngũ diện. 8
Hình 3.1: Tấm cơ bản gồm n lớp với mặt trên có dáng actuator và mặt dưới dáng sensor 12
Hình 3.2: Phép biến đổi từ hệ tọa độ địa phương sang hệ tọa độ toàn cục. 13
Hình 3.3: Biến dạng của tấm trong mặt cắt XZ.. 14
Hình 3.4: Tổng hợp lực và momen của tấm.. 16
Hình 3.5: Phần tử tứ giác bốn nút tùy ý trong hệ tọa độ đề các và phần tử đẳng tham số trong hệ tọa độ tự nhiên 21
Hình 4.1: Mô hình của tấm composite với miếng dán áp điện. 32
Hình 4.2: Mô hình của bài báo tham khảo. 33
Hình 4.3: Đồ thị chuyển vị của tấm.. 34
Hình 4.4: Đồ thị so sánh độ võng của tấm với lời giải tham khảo. 35
Hình 4.5: Mode dao động của tấm với tần số 51.85 Hz. 35
Hình 4.6: Mode dao động của tấm với tần số 107.03 Hz. 36
Hình 4.7: Mode dao động của tấm với tần số 171,7 Hz. 36
Hình 4.8: Mode dao động của tấm với tần số 186,56 Hz. 38
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
KÝ HIỆU ĐƠN VỊ
a............ Một nửa chiều dài theo phương x ................................................................ m
A........... Diện tích ........................................................................................................ m2
b............ Một nửa chiều dài theo phương y................................................................. m
C........... Hằng số đàn hồi......................................................................................... N/m2
Cs.......... Điện dung của cảm biến áp điện................................................................... F
D........... Véc-tơ chuyển vị điện.............................................................................. C/m2
e............ Hệ số ứng suất áp điện.............................................................................. C/m2
E............ Mô-đun đàn hồi......................................................................................... N/m2
f............. Lực ................................................................................................................... N
h............ Chiều dày......................................................................................................... m
K........... Ma trận độ cứng
M.......... Ma trận khối lượng
q............ Véc-tơ trường chuyển vị
qi........... Trường chuyển vị nút..................................................................................... m
T............ Động năng......................................................................................................... J
u............ Trường chuyển vị theo phương x................................................................. m
U........... Thế năng............................................................................................................ J
v............ Trường chuyển vị theo phương y................................................................. m
V........... Thể tích........................................................................................................... m3
w........... Trường chuyển vị theo phương z.................................................................. m
W.......... Công................................................................................................................... J
........... Biến dạng.................................................................................................... m/m
.......... Ứng suất..................................................................................................... N/m2
........... Hệ số Poisson
........... Hằng số điện môi.................................................................................. C/(Vm)
........... Véc-tơ chuyển vị nút...................................................................................... m
........... Điện thế............................................................................................................ V
.......... Tần số............................................................................................................. Hz
.......... Khối lượng riêng của vật liệu................................................................. kg/m3
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn
Với sự phát triển nhanh chóng của khoa học vật liệu và công nghệ, nhiều vật liệu đa chức năng mới được tạo ra và áp dụng cho kỹ thuật công nghiệp và các lĩnh vực khác nhau
Nhiều mô hình ứng dụng ở hiện tại và cũng như tương lai trên thế giới cũng như tại việt nam đều phụ thuộc vào việc giải quyết đồng thời nhiều hiện tượng vật lý khác nhau trong cùng 1 mô hình bài toán.
Do tầm quan trọng của sự tương tác giữa một số trường vật lý trong một mô hình bài toán, sự quan tâm trong việc mô phỏng bài toán đa trường bằng phương pháp số đang phát triển cho việc thiết kế chính xác các cấu trúc thực tế khác nhau. Mô phỏng số thuận lợi như là đòi hỏi về cả thời gian và chi phí tính toán ít hơn so với thí nghiệm. Do đó, mô phỏng bài toán đa trường bằng phương pháp phần tử hưu hạn hữu ích để cải thiện thiết kế của độ chính xác cao.
Mục đích của luận án này là phát triển một phương pháp số phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM. Các mục tiêu có thể được chia thành hai nhiệm vụ chính:
- Xây dựng mô hình toán tương tác cơ-điện cho bài toán tấm bằng việc phát triển phần tử đẳng tham số 4 nút với 5 bậc tư do cơ học ( 3 tịnh tiến, 2góc xoay) cho mỗi nút và điện thế ∅ là bậc tự do thêm vào trên mỗi phần tử.
- Dựa trên lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất để tính toán các ma trận độ cứng liên kết cơ-điện.
- Tiến hành giải quyết bài toán về sự tương tác điện-cơ cho tấm composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng ngôn ngữtính toán Matlab.
Với mục đích mong muốn đóng góp vào sự tiến bộ của khoa học công nghệ và tính toán phân tích các mô hình toán thực tế một cách chắc chắn hơn, tôi thực hiện đề tài: “ Phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trương trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM ” với mong muốn:
- Rút ngắn thời gian phân tích, tính toán, giảm thời gian thực nghiệm.
- Từ mô hình tính toán phân tích đó làm cơ sở lý thuyết để tính toán những bài toán ứng dụng trong thực tế.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài là : dựa trên cơ sở lý thuyết sẽ tính toán để giải quyết vấn đề: “phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM”.
Xây dựng mô hình toán tương tác cơ-điện cho bài toán tấm bằng việc phát triển phần tử đẳng tham số 4 nút với 5 bậc tư do cơ học ( 3 tịnh tiến, 2góc xoay) cho mỗi nút và điện thế là bậc tự do thêm vào trên mỗi phần tử.
Dựa trên lý thuyết biến dạng cắt bậc nhất và nguyên lý Hamilton để tính toán các ma trận độ cứng liên kết cơ-điện.
Tiến hành giải quyết bài toán về sự tương tác điện-cơ cho tấm composite có dán lớp mỏng vật liệu piezoelectric bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng công cụ tính toán Matlab và so sánh đánh giá sai số so với lời giải tham khảo.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là: Phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trương trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM.
Phạm vi nghiên cứu: Đề tài dừng lại ở việc xây dựng cơ sơ lý thuyết cho tương tác cơ-điện, phân tích ảnh hưởng và ứng xử tương tác đa trương ( cơ-điên) trên tấm vật liệu bất đẳng hướng (composite) bằng FEM sử dụng phần tử đẳng tham số tứ giác Q4.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu phân tích lý thuyết: Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên cứu để phân tích, tính toán.
- Tiến hành tính toán, phân tích xây dựng mô hình lý thuyết, lập trình và phân tích kết quả về tương tác, ứng xử của mô hình bài toán cụ thể.
1.5 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp
Đề tài “ Phân tích ảnh hưởng ứng xử tương tác đa trường trên vật liệu bất đẳng hướng bằng FEM” gồm có 5 chương và phần phụ lục.
- Chương 1: Mở đầu
- Chương 2: Tổng quan
- Chương 3: Cơ sở lý thuyết
- Chương 4: Kết quả và thảo luận
- Chương 5: Kết luận và kiến nghị
- Phụ lục
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Tình hình nghiên cứu về sự tương tác đa trường trên thế giới hiện nay đang phát triển rất mạnh. Đặc biệt là ở một số nước phát triển như : Đức, Nhật, Mỹ,…
Sự bất ổn định từ- nhiệt đàn hồi của tấm sắt từ trong các lĩnh vực nhiệt và từ tính của Xingzhe Wang, Jong S. Lee và Xiaojing Zheng khoa Cơ Khí, Đại Học Lanzhou, Trung Quốc và khoa Kỹ Thuật Xây Dựng và Môi Trường, Đại Học Hanyang, Hàn Quốc năm 2003.
Phân tích phần tử hữu hạn cho bài toán kết hợp nhiệt đàn hồi của J. P. CARTER and J. R. BOOKER khoa Kỹ thuật Xây dựng và Khai thác mỏ, Đại học Sydney, Úc năm 2006.
Phương pháp phần tử hữu hạn phỏng đoán cho các mô hình của bộ giảm chấn nhiệt đàn hồi trong Vi cộng hưởng luận án tiến sĩ của đại học Liège năm 2006.
Một mô hìnhlý thuyết vàxây dựngphần tử hữu hạncholiên kết giữa Nhiệt-Điện-Hóa-Cơcủa Qing-Sheng Yang, Qing-Hua Qin, Lian-Hua Ma, Xu-Zhi Lu, Cai-Qin Cui xuất bản năm 2009.
Mô hình của hiệu ứng áp điện sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn của Sefer Avdiaj, Janez Setina, Naim Syla xuất bản năm 2009.
Ứng dụng của vật liệu áp điện trong ngành công nghiệp giao thông vận tải của Hội nghị chuyên đềtoàn cầu vềgiải pháp sáng tạovì sự tiến bộcủa ngành công nghiệpGiao thông vận tải, 4.-6. Tháng 10 năm 2006, San Sebastian,Tây Ban Nha…
2.1.2 Tình hình nghiên cứu trong nước
Hiện nay tại Việt Nam, việc nghiên cứu về sự tương tác đa trường vẫn chưa phát triển mạnh.
Trong bài báo của P Phung-Van, T Nguyen-Thoi,T Le-Dinh3 và H Nguyen-Xuan đã phân tích dao động tự do và dao động tĩnh và điều khiển động học tấm composite được tích hợp bộ kích và cảm biến bằng phương pháp làm mịn hóa hóc cắt không liên tục dự trên các ô cơ bản(CS-FEM-DSG3). Trong các tấm composite có gắn tấm tinh thể áp điện này, coi điện thế là hàm tuyến tính theo chiều dày của mỗi lớp. Thuật toán điều khiển hồi tiếp của chuyển vị và vận tốc được sử dụng để điều khiển hồi tiếp động học và biến dạng tĩnh của tấm thông qua việc điều khiển vòng lập kính với các cảm biến và bộ kích áp điện được phân bố trên tấm. Độ chính xác và tin cậy của phương pháp đưa ra được kiểm tra thông qua việc so sánh với lời giải phương pháp số.
Các bài báo cáo về tương tác đa trường của PGS. TS Nguyễn Hoài Sơn Seminar khoa học định kỳ của nhóm Tính toán Cao cấp trong Khoa học và Kỹ thuật (GACES) thuộc Khoa Xây dựng và Cơ học Ứng dụng, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM.
2.2 Giới thiệu về FEM
2.2.1 Các bước tiến hành phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
- Lời lạc hóa miền bài toán thành một số hựu hạng các miền con liên kết với nhau tại điểm nút.
- Xây dựng lưới phần tử hữu hạn.
- Xây dựng hệ tọa độ địa phương và tồn cục
- Xây dựng số nút và số phần tử.
- Tính chất hình học cho phần tử (tọa độ nút, tiết diện mặt cắt ngang, ứng xử vật liệu,…..).
Hình 2.1: Lưới phần tử hữu hạn
- Xây dựng ma trân độ cứng và vecto tải cho từng phần tử
- công thức biến phân từ các phương trình vi phân chính tắc trên phần tử.
- Chọn hàm xấp xỉ nghiệm trên phần tử.
- Xác định hàm dạng theo bậc tự do tại các nút của phần tử.
- Thiết lập ma trận và vectơ tải phần tử.
- Lấp ghép các phương trình phần tử để thu được hệ phương trình toàn cục
- Xây dựng điều kiện liên tục giữa các biên phần tử với các biến cơ sở (quan hệ giữa bậc tự do địa phương và bậc tự do toàn cục, thiết lập quan hệ kết nối giữa các phần tử, thiết lập bảng mã hóa).
- Xây dựng điều kiện cân bằng giữa các biến thứ cấp (quan hệ tương hỗ giữa các thành phần lực).
- Lắp ghép ma trận và vectơ tải phần tử vào hệ toàn cục.
- Khử các điều kiện biên
- Xác định bậc tự do ràng buộc về chuyển vị (biến sơ cấp)
- Xác định giá trị bậc tự do ràng buộc.
- Giải hệ phương trình
- Dùng các phương pháp trực tiếp và lặp trong phương pháp số .
- Tính chuyển vị (biến sơ cấp) và các đại lượng dẫn suất (biến thứ cấp)
- Phân tích và đánh giá kết quả
- Đánh giá sai số và tốc độ hội tụ bài toán.
- Phân tích tính ổn định và chi phí tính toán.
2.2.2 Các dạng phần tử trong FEM
Bài toán 1D: áp dụng cho loxo, dàn, dầm ống
Hình 2.2: Phần tử 1D
Bài toán 2D: áp dụng cho bài toán màng, tấm, vỏ…
Hình 2.3: Phần tử 2D
Sử dụng các kiểu phần tử là: phần tử tam giác tuyến tính (T3), phần tử tứ giác tuyến tính (Q4)
Hình 2.4:Phần tử tam giác và phần tử tứ giác
Bài toán 3D: phân tích về nhiệt độ, ứng suất , biến dạng, vận tốc dòng chảy…
Sử dụng các kiểu phần tử là:
- Khối tư diện:
Hình 2.5:phần tử tứ diện
- Khối 6 mặt:
Hình 2.6: Phần tử lục diện
- Khối 5 mặt:
Hình 2.7: Phần tử ngủ diện
2.2.3 Các ưu điểm của FEM
- Tính toán dễ dàng đối tượng vật thể có dạng hình học phức tạp, suy biến mạnh, vật liệu hỗn hợp và điều kiện biên phức hợp.
- Có khả năng phân tích các bài toán tuyến tính, phi tuyến, trạng thái dừng, không dừng, phân tích mode, động lực học…
- Giải quyết hầu hết các bài toán khoa học và kỹ thuật: cơ học vật rắn, cơ học lưu chất, cơ học tương tác nhiều pha, truyền nhiệt, cơ sinh học, trường điện từ, âm học,…
- FEM kết hợp với CAD cũng như nhiều phần mềm thiết kế hệ thống.
- Giảm chi phí thử và thiết kế lại rút ngắn thời gian chế tạo
- Nhận dạng – chỉnh lý trong thiết kế sản phẩm trước khi gia công.
- Tối ưu hóa qui trình thiết kế sản phẩm. phát hiện những vấn đề trong thiết kế trước khi có sự tranh chấp.
- Hổ trợ cho kỹ sư thiết kế có nhiều thời gian đưa ra quyết định đúng.
2.3 Giới thiệu về vật liệu composite
Ngày nay, composite hiện diện từ những kiến trúc xây dựng to lớn như cầu đường, nhà cao tầng, những phương tiện di chuyển như phi cơ, tàu thủy, ô tô đến những vật gia dụng bình thường. Những chiếc du thuyền hiện đại có thân tàu làm từ composite sợi thủy tinh. Cánh của các máy bay hạng nhẹ và thậm chí của các chiến đấu cơ là composite sợi carbon.
Ngày nay các vật liệu mới như sợi thủy tinh; composite; bông thủy tinh (cách âm, cách nhiệt, chống cháy); cáp quang; sứ cách điện cao thế; gốm kỹ thuật (chịu nhiệt, chịu mài mòn cao, gốm cách điện, gốm sinh học...) có nhu cầu sử dụng trong nước ngày một tăng, nhưng hầu hết chúng ta vẫn phải nhập ngoại.
Ở Việt Nam để sản xuất các loại vật liệu composit sợi thủy tinh FRP (Fiberglass Reinforced Polymer) thì có thể sản xuất ít nhiều các loại nhựa nền, còn sợi thuỷ tinh làm cốt sợi gia cường thì hoàn toàn phải nhập khẩu. Có thể khẳng định, thực tế trong cả nước cho đến nay vẫn chưa có nhà máy nào sản xuất được các loại vật liệu này. Cả nước chỉ có nhà máy xi măng trắng Thái Bình, công suất 25.000 tấn/năm.
Ở Việt Nam, nhựa cốt sợi thuỷ tinh (Fiberglass Reinforced Plastic - FRP) mới được đưa vào không lâu nhưng đã nhanh chóng được chấp nhận. Có thể dẫn ra một số ví dụ về các dự án đã sử dụng ống FRP nhu Nhà máy nước Dung Quất (30.000 m3/ ngày), Nhà máy nước khu công nghiệp Phối A (20.000 m3/ ngày), đặc biệt là đường ống cấp nước dài trên 80 km từ hồ Sông Đà về Hà Nội (600.000 m3/ ngày),… tất cả các dự án này đều sử dụng sản phẩm của Công ty Cổ phần Ống sợi thuỷ tinh Vinaconex (Viglafico). Bài viết dưới đây đề cập lịch sử ứng dụng và triển vọng sử dụng loại vật liệu này trong các nhà máy nhiệt điện.
Chính vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo các loại vật liệu tiên tiến, đặc biệt là vật liệu composite sợi thủy tinh là một yêu cầu cần thiết.
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất. (Pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite.)
Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại.
Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn,...
2.4 Giới thiệu về piezoelectric
Áp điện được phát hiện vào năm 1880 bởi Jacques và Pierre Curie khi nghiên cứu cách tạo ra áp lực điện tích trong tinh thể ( chẳng hạn như thạch anh và tourmaline ) . Sử dụng trong tàu ngầm sonar trong Chiến tranh thế giới thứ nhất tạo ra lợi ích phát triển mạnh trong các thiết bị áp điện. Hiệu ứng áp điện trực tiếp bao gồm các khả năng của vật liệu tinh thể nhất định (ví dụ như gốm sứ ) để tạo ra một điện tích trong tỷ lệ của một lực lượng áp dụng bên ngoài . Hiệu ứng áp điện trực tiếp đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế bộ chuyển đổi ( gia tốc, lực lượng và áp suất đầu dò , ) . Theo hiệu ứng áp điện nghịch đảo, một điện trường gây ra một biến dạng của vật liệu áp điện . Hiệu ứng áp điện ngược đã được áp dụng trong các bộ dẫn thiết kế (tức là động cơ áp điện ) . Việc sử dụng các vật liệu áp điện như thiết bị truyền động và cảm biến cho tiếng ồn và rung động kiểm soát đã được chứng minh rộng rãi trong vài năm qua (ví dụ như Forward, 1981; Crawley & de Luis , 1987). Có nói chung hai loại vật liệu áp điện được sử dụng trong kiểm soát độ rung : gốm sứ và polyme . Các piezoceramic được biết đến như là chì zirconate titanate ( PZT ) , nó có một dòng phục hồi 0,1% và được sử dụng rộng rãi như là thiết bị truyền động và cảm biến cho một loạt các tần số , bao gồm cả các ứng dụng siêu âm và rất thích hợp cho độ chính xác cao là tốt. Piezopolymers chủ yếu được sử dụng như cảm biến và được biết đến như các Polyvinylidene Fluoride (PVDF) . Các PVDF lần đầu tiên được nghiên cứu bởi Kawai (cuối những năm 60 ) và đã được thực hiện thương mại có sẵn trong đầu những năm 80.
Những ưu điểm của động cơ áp điện
Thời gian đáp ứng nhanh.
Độ chính xác cao.
Bộ hãm vững chắc và không có sai lệch
Kích thước nhỏ
Điều chỉnh chính xác hơn
Đơn giản (chi tiết it hơn)
Nhược điểm
Tương đối mắc
Ứng dụng
Micropositioning stages
Kiểm soát quá trình sản xuất
điều chỉnh cáp quang
Máy ảnhtự động lấy nét
Thiết bị kiểm tra bán dẫn
Ổ đĩa máy tính
Định vị robot
Xử lý Dược phẩm
.........................................
CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận
Sau thời gian nghiên cứu, tham khảo tài liệu, tính toán đến nay luận văn đã được hoàn thành. Kết quả của đề tài là:
+ Xây dựng được mô hình toán tương tác đa trương ( cơ – điên) cho bài toán tấm.
+ Phân tích tĩnh mô hình tấm composite có dán vật liệu áp điện.
+ Phân tích động lực học mô hình.
+ So sánh kết quả với lời giải tham khảo.
5.2 Kiến nghị
Do thời gian và điều kiện nghiên cứu, tính toán có hạn tuy luận văn đã hoàn thành nhưng luận văn một phần chưa đáp ứng được những kỳ vọng , do đó tác giả có những kiến nghị sau đây để hướng đến việc hoàn thiện luận văn hơn
+ Tính toán bổ sung thêm phần điều khiển cho tấm.
+ Cần có nhiều thí nghiệm thực tế hơn để so sánh với luận văn.
+ Cần kết hợp thêm các software tính toán để so sánh đánh giá kết quả.
