Applied theory of flexural vibrations of a piezoactive bimorph in the framework of an uncoupled boundary-value problem of thermoelectroelasticity

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, we consider transverse steady oscillations of a piezoactive bimorph in the formulation of a plane deformation. The problem is solved within the framework of linear thermoelectroelasticity, while the temperature problem is solved separately and the temperature distribution is taken into account in the constitutive relations of electroelasticity. On the basis the Kirchhoff-Love type hypothesis for mechanical quantities and a symmetric quadratic distribution of the electric potential, an approximate theory for calculating bimorph vibrations is constructed. Numerical experiments have been carried out for various cases of pinning and excitation of vibrations. The results of these experiments were compared with calculations made using the finite element method in the COMSOL package and showed the adequacy of the constructed theory in the low-frequency region.

About the authors

A. N. Soloviev

Don State Technical University; Southern Federal University

Email: solovievarc@gmail.com
Rostov-on-Don, Russia

V. A. Chebanenko

Southern Federal University; Southern Research Center of the Russian Academy of Sciences

Email: valera@chebanenko.ru
Rostov-on-Don, Russia

M. S. Germanchuk

V. I. Vernadsky Crimean Federal University

Author for correspondence.
Email: germanchukms@cfuv.ru
Simferopol, Russia

References

  1. Bednarek S. Elastic and magnetic properties of heat-shrinkable ferromagnetic composites with elastomer matrix// Mater. Sci. Engrg. B.- 2000.- 77.- С. 120-127.
  2. Binh D.T., Chebanenko V.A., Duong L.V., Kirillova E., Thang P.M., Soloviev A.N. Applied theory of bending vibration of the piezoelectric and piezomagnetic bimorph// J. Adv. Dielectrics. -2020.- 10, № 3. -2050007.
  3. Du J.K., Wang J., Zhou Ya. Thickness vibrations of a piezoelectric plate under biasing fields// Ultrasonics.- 2006.- 44.-С. 853-857.
  4. Huang J. Micromechanics determinations of thermoelectroelastic fields and effective thermoelectroelastic moduli of piezoelectric composites// Mater. Sci. Engrg. B.- 1996.- 39.-С. 163-172.
  5. Kulikov G.M., Mamontov A., Plotnikova S. Coupled thermoelectroelastic stress analysis of piezoelectric shells// Composite Structures. -2015.- 124.- С. 65-76.
  6. Levin V. Exact relations between the effective thermoelectroelastic characteristics of piezoelectric composites// Int. J. Engrg. Sci. - 2013.- 66-67.- С. 14-20.
  7. Levin V.M., Rakovskaja M.I., Kreher W.S. The effective thermoelectroelastic properties of microinhomogeneous materials// Int. J. Solids Structures.- 1999.- 36.-С. 2683-2705.
  8. Nowacki W. Mathematical models of phenomenological piezoelectricity// Banach Center Publ. - 1985.- 1, № 15.- С. 593-607.
  9. Pasternak I., Pasternak R., Sulym H. A comprehensive study on Green’s functions and boundary integral equations for 3D anisotropic thermomagnetoelectroelasticity// Eng. Anal. Bound. Elem. - 2016.- 64.- С. 222-229.
  10. Soloviev A.N., Chebanenko V.A., Oganesyan P.A., Chao S.-F., Liu Y.-M. Applied theory for electroelastic plates with non-homogeneous polarization// Mater. Phys. Mech.- 2019.- 42, № 2.- С. 242-255.
  11. Xu K., Noor A.K., Tang Y.Y. Three-dimensional solutions for coupled thermoelectroelastic response of multilayered plates// Comput. Methods Appl. Mech. Engrg.- 1995.- 126, № 3-4.-С. 355-371.
  12. Xu K., Noor A.K., Tang Y.Y. Three-dimensional solutions for free vibrations of initially-stressed thermoelectroelastic multilayered plates// В сб.: «Contemporary Research in Engineering Science».- Berlin-Heidelberg: Springer, 1995.-С. 593-612.
  13. Zhang C., Cheung Y.K., Di S., Zhang N. The exact solution of coupled thermoelectroelastic behavior of piezoelectric laminates// Comput. Struct. -2002.-80.-С. 1201-1212.
  14. Zhong X., Wu Y., Zhang K. An extended dielectric crack model for fracture analysis of a thermopiezoelectric strip// Acta Mech. Solida Sin. - 2020.- 33.- С. 521-545.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».