تحلیل رفتار الاستیک و خزشی دیسک دوار پیزو الکتریک در میدان حرارتی و الکترو مغناطیسی

امروزه استفاده از مواد پیزوالکتریک به عنوان مواد هوشمند توجه زیادی را معطوف خود کرده است. این مواد هنگامی که در معرض تغییر شکل قرار بگیرند، میدان الکتریکی تولید می کنند و وقتی در معرض میدان الکتریکی باشند، دچار تغییر شکل می شوند. رفتار دوسویه ی این مواد باعث کاربردهای فراوان آنها در وسایل الکتریکی-مکانیکی، مانند محرک ها و سنسورها شده است. به منظور ثبت یا کنترل رفتار مکانیکی حرارتی بسیاری از قطعات مکانیکی، امروزه از لایه های پیزوالکتریک در ساخت آنها استفاده می شود. از جمله ی این قطعات دیسک های دوار می باشند که در صنعت تولید نیرو نیز کاربرد فراوانی دارند. این دیسک ها غالباً در درجه حرارت و تنش بالا کار می کنند و به همین دلیل مساله ی بررسی رفتار خزشی در آنها اهمیت دارد. به خصوص این که تحقیقات نشان داده است که پیزوسرامیک ها حتی در دمای اتاق نیز متاثر از خزش می شوند. برای بهبود عملکرد و اعتمادپذیر بودن دیسک های گردان، رفتار خزشی این مواد هنگامی که در معرض دمای بالا قرار دارند باید مورد بررسی قرار گیرد. یکی از مشکلات و سختی های استفاده از دیسک های گردان در دماهای بالا، دشوار بودن شرایط بازبینی آنهاست. بدین منظور می توان تاریخچه ی پتانسیل الکتریکی این مواد هوشمند را برای بازبینی شرایط آنها بکار برد. در این پایان نامه رفتار الکترومغناطیسی و حرارتی وابسته به زمان (خزش) یک دیسک دوار ساخته شده از مواد پیزوالکتریک هدفمند مورد مطالعه قرار گرفته است. این دیسک دوار در میدان ثابت مغناطیسی تحت گرادیان دمایی قرار داشته و یک پتانسیل الکتریکی به آن اعمال می گردد. خصوصیات حرارتی، مکانیکی، مغناطیسی و الکتریکی متغیر ساختار مورد نظر در راستای شعاعی با استفاده از توابع توانی تعیین و تحلیل خزشی با استفاده از معادله ی خزش توانی نورتون انجام شده است. با استفاده از معادله ی تعادل، سازگاری و معادلات اساسی الاستیک و خزشی رفتار دیسک مورد نظر، مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور از روش شبه تحلیلی که در محیط برنامه ی matlab کدنویسی شده، استفاده شده است. نتایج به صورت توزیع تنش، کرنش، پتانسیل الکتریکی و کرنش خزشی با استفاده از روابط پرانتدل-راوس به دست آمده اند. در نهایت اثر میدان مغناطیسی و پتانسیل الکتریکی در توزیع تنش و کرنش در طول دیسک مورد بررسی قرار گرفته اند. همچنین اثر نمای تابع توانی توزیع ماده ی هدفمند در رفتار الکترومغناطیسی و مکانیکی بررسی شده است. برای اعتبارسنجی نتایج، با توجه به امکان حل تحلیلی معادلات حاکم در حالت الاستیک، با صرف نظر از کرنش های خزشی، پاسخ معادلات در زمان اولیه به دست آمده و با نتایج روش شبه تحلیلی مقایسه شده اند. در نهایت نتایج نشان می دهند که با استفاده از مواد پیزوالکتریک هدفمند به جای مواد پیزوالکتریک معمولی، موجب کم شدن تنش های مکانیکی می گردد.