Phân tích đáp ứng cơ – điện của dầm FGM có vết nứt gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động

Bài báo "Phân tích đáp ứng cơ – điện của dầm FGM có vết nứt gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động" phân tích đáp ứng tần số của dầm Timoshenko có vết nứt, làm bằng vật liệu có cơ tính biến thiên và được gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động dạng điều hòa. Cơ tính vật liệu dầm thay đổi theo phương chiều dày theo quy luật của hàm lũy thừa. Lớp áp điện được coi như một phần tử dầm đồng nhất liên kết với đáy dầm như một cảm biến phân bố đều và vết nứt được mô hình hóa bởi một cặp lò xo tịnh tiến và xoay. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích đáp ứng cơ – điện của dầm FGM có vết nứt gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động 182 218 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Phân tích đáp ứng cơ – điện của dầm FGM có vết nứt gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động Dương Thành Huân1*, Lê Vũ Quân1 và Nguyễn Tiến Khiêm2 1 Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trâu Quỳ, Gia Lâm, Hà Nội, Việt Nam 2 Viện Cơ học, VAST, 264 Đội Cấn, Ba Đình, Hà Nội, Việt Nam Email: dthuan@vnua.edu.vn Tóm tắt: Bài báo phân tích đáp ứng tần số của dầm Timoshenko có vết nứt, làm bằng vật liệu có cơ tính biến thiên và được gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động dạng điều hoà. Cơ tính vật liệu dầm thay đổi theo phương chiều dày theo quy luật của hàm luỹ thừa. Lớp áp điện được coi như một phần tử dầm đồng nhất liên kết với đáy dầm như một cảm biến phân bố đều và vết nứt được mô hình hóa bởi một cặp lò xo tịnh tiến và xoay. Sử dụng mô hình dầm kép, các phương trình chủ đạo của kết cấu tích hợp được suy ra từ nguyên lý Hamilton và được giải bằng phương pháp giải tích trong miền tần số. Độ võng giữa nhịp dầm dưới tải trọng di động và điện tích đầu ra của cảm biến được tạo ra trong lớp áp điện, lần lượt được gọi là phản ứng cơ và điện, được tính toán phụ thuộc vào tần số và tốc độ của tải di đông; chỉ số tỉ lệ thể tích vật liệu và các thông số vết nứt. Các ví dụ khảo sát số cho thấy rằng đáp ứng cơ học và đáp ứng điện trong miền tần số đều có cấu trúc phổ giống nhau và rất nhạy cảm với vết nứt. Vì vậy, đáp ứng điện, có thể dễ dàng đo được như là điện tích đầu ra của cảm biến, cung cấp một dấu hiệu mới để xác định vết nứt trong kết cấu dầm bằng cách sử dụng cảm biến thông minh phân bố đều và tải trọng di động điều hoà. Từ khoá: Đáp ứng tần số; Dầm có vết nứt; Tải trọng di động; Vật liệu có cơ tính biến thiên; Lớp áp điện.1. Mở đầu Vật liệu có cơ tính biến thiên (FGM) là một vật liệu tiên tiến trong số các vật liệu composite do cácđặc tính đáng chú ý của nó có lợi trong ứng dụng cho các ngành công nghệ cao như hàng không vũ trụ,robot, công nghệ hạt nhân, v.v. Các thành tựu quan trọng được công bố trong hàng trăm bài báo đã đượcđề cập trong các nghiên cứu tổng quan [1-7]. Đáp ứng động của dầm có cơ tính biến thiên chịu tải trọngdi động được trình bày trong [8-11]. Điểm đáng lưu ý nhất có thể được tóm tắt như sau. Các kết quả nêutrên khẳng định rằng vị trí thực tế của mặt phẳng trung hoà trong dầm có cơ tính biến thiên cần đượcxem xét [12] khi phân tích động lực học dầm chịu tải trọng di động và vận tốc tải trọng di động là mộttham số hữu ích cho việc kiểm soát dao động của dầm FGM. Các vấn đề về dao động của dầm có cơtính biến thiên chịu tải trọng di động điều hòa đã được nghiên cứu trong [13-15], trong đó hiện tượngcộng hưởng được xác định khi tần số tải trọng di động gần với tần số riêng. Các tác giả [14,15] thậm chíđã tính toán độ võng giữa nhịp của dầm có cơ tính biến thiên như hàm của tần số kích động với các giátrị khác nhau của chỉ số tỉ lệ thể tích vật liệu [14] và hệ số nhiệt [15]. Rõ ràng, các dao động cưỡng bứcvà dao động riêng và hiện tượng dao cộng hưởng sẽ được đặc trưng dễ dàng hơn nếu sử dụng phươngpháp tiếp cận phổ được đề xuất trong [16] để phân tích đáp ứng trong miền tần số. Do ứng dụng rộngrãi của FGM trong thực tế nên vấn đề dao động trong các kết cấu FGM có vết nứt đã thu hút được sựquan tâm của các nhà nghiên cứu và kỹ sư. Cụ thể, các tác giả [17] đã khảo sát dao động của dầm Euler-Bernoulli có cơ tính biến thiên bị nứt chịu tác dụng của lực nén dọc trục và lực ngang di động dọc theodầm với tốc độ không đổi. Mặt khác, như đã được Birman và Byrd đề cập trong [1], việc sử dụng kháiniệm FGM trong các kết cấu thông minh là một lĩnh vực ứng dụng tiềm năng và hấp dẫn của vật liệu.Các lớp/miếng dán áp điện thường được sử dụng làm cảm biến/kích động (sensor/actuator) để điều khiểncác kết cấu FGM. Ảnh hưởng của vị trí, độ dày và chiều dài của miếng áp điện đến tần số dao độngriêng của dầm FGM đã được nghiên cứu kỹ lưỡng trong [18]. Ứng xử của dầm FGM gắn lớp áp điện chỉ 183 Phân tích đáp ứng cơ – điện của dầm FGM có vết nứt gắn lớp áp điện chịu tải trọng di động 219 tải di động đã được nghiên cứu bởi Lal và cộng sự [19], trong đó các tác giả đã chứng minh rằng độ võng giữa nhịp tăng lên theo chỉ số phân bố thể tích và vận tốc tải, và nó nhạy cảm nhất khi lớp áp điện gắn lên mặt trên dầm. Có thể thấy rằng, các nghiên cứu được tóm tắt ở trên đều liên quan đến các dầm nguyên vẹn, dầm FGM gắn lớp áp điện bị hư hỏ ...