Пассивное демпфирование колебаний пластины из функционально-градиентного материала
DOI:
https://doi.org/10.7242/2658-705X/2025.4.8Ключевые слова:
собственные колебания, пьезоэлементы, электрическая цепь, метод конечных элементовАннотация
Использование функционально-градиентных материалов в smart-системах на основе пьезоэлементов позволяет получить ряд дополнительных преимуществ по сравнению с однородными металлами и сплавами. Гладкое изменение механических характеристик конструкции вдоль одного или нескольких направлений предоставляет возможность оптимизации её динамических параметров на этапе проектирования при заданных ограничениях на габариты и массу изделия. В данной работе с применением метода конечных элементов исследованы собственные и вынужденные установившиеся гармонические колебания прямоугольной функционально-градиентной пластины с пьезоэлектрическим элементом, соединённым с внешней электрической RL-цепью. В примерах проанализировано влияние показателя объёмной доли функционально-градиентного материала на коэффициент электромеханической связи, собственные частоты и амплитуду колебаний. Показана возможность их изменения в пределах, достаточных для безопасной эксплуатации конструкции
в окрестности первоначального резонанса.
Библиографические ссылки
Ma Z. et. al. Additive manufacturing of functional gradient materials: A review of research progress and challenges // Journal of Alloys and Compounds. – 2024. – Vol. 971. – № 15. – Article № 172642. https://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2023.172642
Koizumi M. FGM activities in Japan // Composites Part B: Engineering. – 1997. – Vol. 28. – № 1–2. – P. 1–4. https://dx.doi.org/10.1016/S1359-8368(96)00016-9
Gupta A., Talha M. Recent development in modeling and analysis of functionally graded materials and structures // Progress in Aerospace Sciences. – 2015. – Vol. 79. – P. 1–14. https://dx.doi.org/10.1016/j.paerosci.2015.07.001
Boggarapu V., Gujjala R., Ojha S., Achary S., Venkateswara B.P., Chowdary S., Gara D.K. State of the art in functionally graded materials // Composite Structures. – 2021. – Vol. 262. – Article № 113596. https://dx.doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.113596
Cho J.R., Park H.J. High strength FGM cutting tools: finite element analysis on thermoelastic characteristics // Journal of Materials Processing Technology. – 2002. – Vol. 130–131. – P. 351–356. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)00823-3
Pompe W., Worch H., Epple M., Friess W., Gelinsky M., Greil P., Hempel U., Scharnweber D., Schulte K. Functionally graded materials for biomedical applications // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – Vol. 362. – № 1–2. – P. 40–60. https://dx.doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00580-X
Torelli G., Fernández M.G., Lees J.M. Functionally graded concrete: Design objectives, production techniques and analysis methods for layered and continuously graded elements // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 242. – Article № 118040. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.118040
Tay Y.W.D., Lim J.H., Li M., Tan M.J. Creating functionally graded concrete materials with varying 3D printing parameters // Virtual and Physical Prototyping. – 2022. – Vol. 17. – № 3. – P. 662–681.https://doi.org/10.1080/17452759.2022.2048521
Moheimani S.O.R., Fleming A.J. Piezoelectric transducers for vibration control and damping, 1st ed. – London: Springer, 2006. – 287 p. https://doi.org/10.1007/1-84628-332-9
Gripp J.A.B., Rade D.A. Vibration and noise control using shunted piezoelectric transducers: A review // Mechanical Systems and Signal Processing. – 2018. – Vol. 112. – P. 359–383. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2018.04.041
Hagood N.W., von Flotow A.H. Damping of structural vibrations with piezoelectric materials and passive electrical networks // Journal of Sound and Vibration. – 1991. – Vol. 146. – № 2. – P. 243–268. https://doi.org/10.1016/0022-460X(91)90762-9
Партон В.З., Кудрявцев Б.А. Электромагнитоупругость пьезоэлектрических и электропроводных тел. – М: Наука, 1988. – 472 с.
Ошмарин Д.А. Моделирование демпфирования колебаний SMART-систем на основе пьезоэлектрических материалов и электрических элементов / Дисс. канд. физ.-мат. наук: 1.1.8. – Пермь, ИМСС УрО РАН, 2022. – 139 с.
Matveenko V.P., Iurlova N.A., Oshmarin D.A., Sevodina N.V., Iurlov M.A. An approach to determination of shunt circuits parameters for damping vibrations // International Journal of Smart and Nano Materials. – 2018. – Vol. 9. – № 2. – P. 135–149. https://doi.org/10.1080/19475411.2018.1461144
