PİEZOELEKTRİK PRİZMATİK DOLGU İÇEREN DİKDÖRTGEN KALIN PLAĞIN FEM İLE ELEKTRO-STATİK ANALİZİ

Year 2019, Volume: 8 Issue: 3, 69 - 81, 20.12.2019

Ulku Babuscu Yesıl , Nazmiye Yahnioglu , Yasemen Ucan

https://doi.org/10.28948/ngumuh.631428

Abstract

Bu çalışmada, yapısında piezoelektrik (PZT) malzemeden yapılmış prizmatik
dolgu içeren dikdörtgen kalın plağın bazı elektro-statik problemleri, üç
boyutlu elektro-elastisite teorisinin kesin denklemleri ve parçalı homojen
cisim modeli çerçevesinde matematiksel olarak modellenmiş ve üç boyutlu sonlu
elemanlar yöntemi yardımıyla sayısal olarak çözülmüştür. Sayısal çözümün
gerektirdiği tüm algoritma ve programlar tarafımızdan yapılmıştır.

Ele alınan plağın tüm yanal yüzeylerinden basit mesnetli ve PZT malzeme
içeren dış yanal yüzeylerinden elektrik potansiyelin sıfır olduğu ve karşılıklı
iki kenarından düzgün yayılı statik çekme kuvvetinin etki ettiği kabul
edilmektedir. Ayrıca, PZT dolgu ile çevresindeki matris malzemesi arasındaki
ara yüzeyde ideal temas koşullarının sağlandığı kabul edilmektedir. 

   Ele alınan PZT dikdörtgen kalın
plağın verilen sınır koşulları, temas koşulları ve yükleme durumu için yapısında
oluşan yer değiştirme ve gerilme yayılımlarına, plağa ait çeşitli malzeme ve
geometrik parametrelerin etkileri ile elektriksel ve mekaniksel alanların
karşılıklı etkileşiminin tesiri incelenmiş ve tartışılmıştır.         

Keywords

Piezoelektrik dolgu, dikdörtgen kalın plak, Sonlu ElemanlarYöntemi, elektro-statik analiz

Supporting Institution

Yıldız Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü

Project Number

FBA-2018-3255

Thanks

Bu çalışma, Yıldız Teknik Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinatörlüğü'nün FBA-2018-3255 kodlu projesi ile desteklenmiştir.

ELECTROSTATIC ANALYSIS OF RECTANGULAR THICK PLATE CONTAINING PIEZOELECTIC PRISMATIC INCLUSION WITH FEM

Abstract

In this study, some electro-static problems of rectangular thick plate
containing a prismatic inclusion made of piezoelectric (PZT) material are
solved numerically in the framework of the three dimensional linearized exact
equations of electro-elasticity theory using piecewise-homogeneous body model
by using three dimensional finite element method. All algorithms and programs
required for the numerical solution are made by the authors.

It is assumed that the plate is simply supported from all lateral
surfaces and also, electric potential is zero and, ideal contact conditions are
provided at the interface surfaces between the PZT inclusion and the matrix
material.

The effect of materials and geometric parameters as well as the couple interaction
between the electrical and mechanical fields of the PZT rectangular thick plate
under the uniaxial tensile force in the given boundary conditions is
investigated and discussed. 

Keywords

Piezoelectric inclusion, rectangular thick plate, Finite Elements Method, electro-static analysis

Project Number

FBA-2018-3255

References

• [1] YANG, B.H., GAO, C.F., “Plane problems of multiple piezoelectric inclusions in a non-piezoelectirc matrix”, International Journal of Engineering Science, 48, 518-528, 2010.
• [2] FAN, H., QIN, S., “A piezoelectric sensor embedded in a non-piezoelectric matrix”, International Journal of Engineering Science, 33 (3), 379-388, 1995.
• [3] XIAO, Z.M., BAI, J., “On piezoelectirc inhomogeneity related problem- part I: a close-form solution for the stress field outside a circular piezoelectirc inhomogeneity”, International Journal of Engineering Science, 37, 945-959, 1999.
• [4] WANG, B., “Three-dimensional analysis of an ellipsoidal inclusion in a piezoelectric material”, International Journal Solids Structures, 29 (3), 293-308, 1992.
• [5] ZIENKIEWICZ, O.C., TAYLOR, R.L., The Finite Element Methods: Basic Formulation and Linear Problems 1, (4th ed.), Mc Graw-Hill Book Company, Oxford, 1989.
• [6] YANG, J., An Introduction to The Theory of Piezoelectricity, Springer, 2005.