Криволинейный пьезоэлектрический актюатор изгибного типа

Криволинейный пьезоэлектрический актюатор изгибного типа

Автор: Паньков А.А.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации

Статья в выпуске: 1 т.18, 2025 года.

Бесплатный доступ

Предложены новые схемы функционирования пьезоэлектрических стержневых актюаторов изгибного типа на основе эффекта взаимодействия пьезоэлектрической трансформации поперечного сечения и начальной кривизны продольной оси. Разработана математическая модель изгибного деформирования дугообразного актюатора, обусловленного пьезоэлектрическим изменением высоты поперечного сечения. Получены аналитические решения для характеристик актюатора в зависимости от геометрических и электроупругих параметров элементов структуры. Численно исследованы зависимости характеристик актюатора от величины начальной кривизны его продольной оси и высоты поперечного сечения для простого однослойного и составного трехслойного актюаторов. Установлен диапазон значений радиуса кривизны криволинейного актюатора с составным поперечным сечением, при котором величина блокирующей силы превышает соответствующее значение силы для прямолинейного биморфного актюатора.

Еще

Пьезоэлектрический актюатор, начальная кривизна, трансформация поперечного сечения, изгиб криволинейного стержня, численное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/146283036

IDR: 146283036

Список литературы Криволинейный пьезоэлектрический актюатор изгибного типа

  • Tzou HS. Piezoelectric Shells (Distributed Sensing and Control of Continua). Kluwer Academic Publishers, 1993. 320.
  • Rubio WM., Vatanabe SL., Paulino GH., et al. Functionally Graded Piezoelectric Material Systems – A Multiphysics Perspective. 301–339. Advanced Computational Materials Modeling: From Classical to Multi-Scale Techniques. Edited by Eduardo A. de Souza Neto, and Pablo A. Munoz-Rojas. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim. 2011.
  • Piezoelectric Materials and Devices – Practice and Applications / Edited by Farzad Ebrahimi. IntechOpen, 2013. 176. http://dx.doi.org/10.5772/45936
  • Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. М.: Техносфера, 2006. 224. [Uorden K. New intelligent materials and structures. Properties and application. Moscow: Tekhnosfera, 2006. 224. (in Rus.)]
  • Берлинкур Д., Керран Д., Жаффе Г. Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях. Физическая акустика. Т. 1: Методы и приборы ультразвуковых исследований. Часть А. М.: Мир, 1966. 204–326. [Berlinkur D., Kerran D., ZHaffe G. Piezoelectric and piezomagnetic materials and their application in transducers. Physical acoustics. T. 1: Ultrasound methods and instruments. Part A. Moscow: Mir, 1966. 204–326. (in Rus.)]
  • Каралюнас РИ. Эффективные термопьезоэлектрические свойства слоистых композитов. Механика композитных материалов. 1990. 5. 823–830. [Karalyunas RI. Effective thermal and electrical properties of layered composites. Mekhanika kompozitnyh materialov. 1990. 5. 823–830. (in Rus.)]
  • Гетман ИП. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах. ДАН СССР. 1991. 317(2). 1246–1259. [Getman IP. On the magnetoelectric effect in piezocomposites. DAN SSSR. 1991. 317(2). 1246–1259. (in Rus.)]
  • Коган ЛЗ., Мольков ВА. Магнитоэлектрические свойства волокнистых пьезокомпозитов. Изв. РАН. Механика твердого тела. 1996. 5. 62–68. [Kogan LZ., Mol’kov VA. Magnetoelectric properties of fibrous piezocomposites. Izv. RAN. Mekhanika tverdogo tela. 1996. 5. 62–68. (in Rus.)]
  • Gorbachev VI. Integral formulas in electromagnetic elasticity of heterogeneous bodies. application in the mechanics of composite materials. Composites: Mechanics, Computations, Applications. An International J. 2017. 8(2). 147–170.
  • Han JM., Adriaens TA., Koning WL., et al. Modelling Piezoelectric Actuators. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2000. 5(4). 331–331.
  • Ivan IA., Rakotondrabe M., Lutz P., et al. Quasistatic displacement self-sensing method for cantilevered piezoelectric actuators. Review of Scientific Instruments. American Institute of Physics. 2009. 80(6). 065102–1/065102–8.
  • Софронов А., Никифоров В., Климашин В. Биморфные пьезоэлектрические элементы: актюаторы и датчики. Компоненты и технологии. 2003. 30(4). 46–48. [Sofronov A., Nikiforov V., Klimashin V. Bimorph piezoelectric elements: actors and sensors. Komponenty i tekhnologii. 2003. 30(4). 46–48. (in Rus.)]
  • Zhu D., Almusallam A., Beeby SP., et al. A bimorph multi-layer piezoelectric vibration energy harvester. PowerMEMS. 2010. Leuven, Belgium. 1–4.
  • Bansevičius R., Navickaitė S., Jūrėnas V., et al. Investigation of novel design piezoelectric bending actuators. Journal of Vibroengineering. 2013. 15(2). 1064–1068.
  • Ватульян АО., Гетман ИП., Лапицкая НБ. Об изгибе пьезоэлектрической биморфной пластины. Прикладная механика. 1991. 27(10). 101–105. [Vatul’yan AO., Getman IP., Lapickaya NB. On bending of a piezoelectric bimorph plate. Prikladnaya mekhanika. 1991. 27(10). 101–105. (in Rus.)]
  • Ватульян АО., Рынкова АА. Об одной модели изгибных колебаний пьезоэлектрических биморфов с разрезными электродами и ее приложениях. Известия РАН МТТ. 2007. 4. 114–122. [Vatul’yan AO., Rynkova AA. About one model of bending oscillations of piezoelectric bimorfs with split electrodes and its applications. Izvestiya RAN MTT. 2007. 4. 114–122. (in Rus.)]
  • Патент РФ № 2099754. Деформируемое зеркало на основе многослойной активной биморфной структуры. Йелстаун Корпорейшн Н. В. Дата публикации: 20.12.1997. [Patent RF № 2099754. Deformable Mirror Based on Multilayer Active Bimorph Structure. Jelstaun Korporejshn N. V. Data publikacii: 20.12.1997. (in Rus.)]
  • Антоняк ЮТ., Вассергисер МЕ. Расчет характеристик изгибного пьезоэлектрического преобразователя мембранного типа. Акустический журнал. 1982. 28(3). 294–302. [Antonyak YU.T., Vassergiser M. E. Calculation of the characteristics of a membrane-type bending piezoelectric transducer. Akusticheskij zhurnal. 1982. 28(3). 294–302. (in Rus.)]
  • Аронов БС. Электромеханические преобразователи из пьезоэлектрической керамики. Л.: Энергоатомиздат. 1990. 270. [Aronov BS. Electromechanical converters from piezoelectric ceramics. Leningrad: Energoatomizdat. 1990. 270. (in Rus.)]
  • Williams CB., Yates RB. Analysis of a microelectric generator for Microsystems. Sensors and Actuators A: Physical. 1996. 52(1–3). 8–11.
  • Аббакумов КЕ., Коновалов РС., Цаплев ВМ. Экспериментальное исследование дискового биморфного пьезоэлектрического генератора. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2014.
  • 9. 59–63. [Abbakumov KE., Konovalov RS., Caplev VM. Experimental study of a disk bimorph piezoelectric generator. Izvestiya SPbGETU «LETI». 2014. 9. 59–63. (in Rus.)]
  • Liu H., Zhong J., Lee C., et al. A comprehensive review on piezoelectric energy harvesting technology: Materials, mechanisms, and applications. Applied Physics Reviews. 2018. 5(4). 041306; https://doi.org/10.1063/1.5074184
  • Васильев ВА., Веремьёв ВА., Тихонов АИ. Влияние частотных факторов и параметров на информативный сигнал пьезоэлектрических датчиков давления. Датчики и системы. 2003. 8. 5–9. [Vasil’ev VA., Verem’yov VA., Tihonov AI. Influence of frequency factors and parameters on the informative signal of piezoelectric pressure sensors. Datchiki i sistemy. 2003. 8. 5–9. (in Rus.)]
  • Шарапов ВМ., Мусиенко МП., Шарапова ЕВ. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера. 2006. 632. [SHarapov VM., Musienko MP., SHarapova EV. Piezoelectric sensors. Moscow: Tekhnosfera. 2006. 632. (in Rus.)]
  • Mouhli M. Analysis and shape modeling of thin piezoelectric actuators. Virginia Commonwealth University. 2005. 100. https://scholarscompass.vcu.edu/etd/1552
  • Панич АЕ. Пьезокерамические актюаторы. Ростов на Дону: РГУ. 2008. 159. [Panich AE. Piezoceramic actuators. Rostov na Donu: RGU. 2008. 159. (in Rus.)]
  • Yamada H., Sasaki M., Nam Y. Active vibration control of a micro-actuator for hard disk drives using self-sensing actuator. Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2008. 19(1). 113–123.
  • El-Sayed AM., Abo-Ismail A., El-Melegy MT., et al. Development of a micro-gripper using piezoelectric bimorphs. Sensors. 2013. 13. 5826–5840. doi:10.3390/s130505826
  • Бардин ВА., Васильев ВА., Чернов ПС. Современное состояние и разработки актюаторов нано- и микроперемещений. Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2014. 2. 123–127. [Bardin VA., Vasil'ev VA., CHernov PS. The current state and development of nano-and micro-displacement actors. Trudy mezhdunarodnogo simpoziuma “Nadezhnost’ i kachestvo”. 2014. 2. 123–127. (in Rus.)]
  • Бардин ВА., Васильев ВА. Актюаторы нано- и микроперемещений для систем управления, контроля и безопасности. Современная техника и технологии. 2014. 2. 1–5. [Электронный ресурс]. https://technology.snauka.ru/2014/02/3057. [Bardin VA., Vasil’ev VA. Nano- and micro-displacement actors for control, control and safety systems. Sovremennaya tekhnika i tekhnologii. 2014. 2. 1–5. [Elektronnyj resurs]. https://technology.snauka.ru/2014/02/3057. (in Rus.)]
  • Zhou J., Dong L., Yang W. A Double-Acting Piezoelectric actuator for helicopter active rotor. Actuators. 2021. 10(247). 1–15. https:// doi.org/10.3390/act10100247
  • Abedian B., Cundari M. Resonant frequency of a polyvinylidene flouride piezoelectric bimorph: the effect of surrounding fluid. Proc. SPIE 1916, Smart Structures and Materials 1993: Smart Materials, 23 July 1993. https://doi.org/10.1117/12.148486
  • Патент RU № 2723567. Лопасть воздушного винта с управляемой геометрией профиля. Паньков АА., Аношкин АН., Писарев ПВ., опубл.: 16.06.2020 Бюл. № 17, заявка № 2019137042 от 18.11.2019 г. [Patent RU № 2723567. Propeller blade with controlled profile geometry. Pan’kov AA., Anoshkin AN., Pisarev PV., opubl.: 16.06.2020 Byul. № 17, zayavka № 2019137042 ot 18.11.2019. (in Rus.)]
  • Патент RU № 2819557. Пьезоактюатор изгибного типа. Паньков АА., опубл.: 21.05.2024 Бюл. № 15, заявка № 2023128935 от 08.11.2023 г. [Patent RU № 2819557. Piezoactuator of bending type. Pan'kov AA., opubl.: 21.05.2024 Byul. № 15, zayavka № 2023128935 ot 08.11.2023. (in Rus.)]
  • А.с. Пьезоактюатор изгибного типа. Паньков А. А., заявка № 2024106328 от 12.03.2024 г. [A.s. Piezoactuator of bending type. Pan’kov A. A., zayavka № 2024106328 ot 12.03.2024. (in Rus.)]
  • Патент RU № 2822976. Пьезоактюатор изгибного типа. Паньков А. А., опубл.: 16.07.2024 Бюл. № 20; заявка № 2024100462 от 11.01.2024 г. [Patent RU № 2822976. Piezoactuator of bending type. Pan’kov A. A., opubl.: 16.07.2024 Byul. № 20, zayavka № 2024100462 ot 11.01.2024. (in Rus.)]
  • Wang Q. M., Cross L. E. Constitutive equations of symmetrical triple layer piezoelectric benders. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 1999. 46. 1343–1351.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp