مقاله بررسی تحلیلی ارتعاشات حسگر و عملگرهای پیزوالکتریک کم‌عمق کروی
مقاله بررسی تحلیلی ارتعاشات حسگر و عملگرهای پیزوالکتریک کم‌عمق کروی
در این مقاله حل دقیق ارتعاشات آزاد یک درپوش کروی نازک از جنس پیزوالکتریک با استفاده از تئوری پوسته‌های کم‌عمق ارایه شده است. درپوش کروی پیزوالکتریک در دو حالت رفتاری حسگر و عملگر مورد بررسی قرار گرفته است. ماده پیزوالکتریک در راستای ضخامت قطبی شده و با استفاده از روش جداسازی متغیرها و توابع پتانسیل جدید، سه معادله حرکت پوسته کم‌عمق نازک به همراه معادله ماکسول به‌صورت دقیق حل شده است. در ابتدا معادله حاکم بر جابه‌جایی عرضی پوسته به‌طور مجزا به دست آمده و پس از استخراج جابه‌جایی عرضی، دیگر مجهولات مساله اعم از جابه‌جایی‌های داخل صفحه‌ای و تابع پتانسیل الکتریکی نیز به دست می‌آیند.
در ادامه با اعمال شرایط مرزی مختلف مکانیکی و الکتریکی، فرکانس‌های طبیعی برای پوسته کروی پیزوالکتریک در دو حالت حسگر و عملگر محاسبه شده است. برای اعتبارسنجی فرمول‌بندی حاضر و بررسی دقت فرکانس‌ها نتایج به‌دست‌آمده با تحلیل المان محدود مساله در نرم‌افزار آباکوس مقایسه و تایید شده است. همچنین تاثیر پارامترهای مختلف مانند نسبت شعاع داخلی به شعاع انحنای پوسته، نسبت ضخامت به شعاع داخلی پوسته و شرایط مرزی مختلف، روی فرکانس‌های طبیعی مورد بررسی قرار گرفته است.
نتایج نشان می‌دهد که خاصیت پیزوالکتریکی باعث افزایش انرژی کرنشی سازه شده و در هر دو حالت حسگر و عملگر باعث افزایش مقدار فرکانس‌های طبیعی می‌شود. همچنین با تغییر شرایط از حالت عملگر به حالت حسگر، جسم یک افزایش را در مقادیر فرکانس‌های طبیعی تجربه می‌کند.
کلمات کلیدی: ارتعاشات، درپوش کروی پیزوالکتریک، حسگر و عملگر، حل تحلیلی
