22622

بررسي اثر فلكسوالكتريك بر انتشار امواج در نانوتيرهاي مرتبه بالاي پيزوالكتريك با در نظر گرفتن تئوري گراديان كرنش غير محلي

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي شاخه تخصصي ديناميك، كنترل و ارتعاشات

1399/3/10

دكتر روح الله طالبي توتي - دكتر ميرسعيد صفي زاده

مكانيك

در سال‌هاي اخير، خاصيت جديد و وابسته به اندازه‌ در مواد پيزوالكتريك كشف شده است. اين اثر را تحت عنوان فلكسوالكتريك معرفي كرده‌اند، كه حاصل يك كوپل ميان ميدان كرنش و قطبش الكتريكي مي‌باشد. در اين پايان‌نامه نيز سعي شده است تا اثر اين خاصيت جديد در بحث انتشار امواج در مواد پيزوالكتريك نشان داده شود. براي همين منظور از نانوتيري با تئوري مرتبه بالاي ردي در كنار تئوري گراديان كرنش غير محلي ، جهت فرمول‌بندي مسئله استفاده شده است. به علاوه از اصل هميلتون براي استخراج معادلات حاكم بر تير بهره برده شده است. در ادامه براي يافتن مشخصه‌هاي موج منتشر شده در تير مذكور، يك حل موج بر معادلات نهايي استخراج شده اعمال گشته است، تا معادله مقادير ويژه حاصل گردد. در ادامه به كمك حل اين معادله، مقادير ويژه مختص به تير كه حاوي اطلاعات موج منتشر شده، اعم از فركانس موج و سرعت فازي موج مي‌باشد؛ حاصل مي‌گردد. به علاوه در اين تحقيق تلاش شده‌است تا اثرات متغير‌هاي وابسته به سايز نيز بررسي شوند، كه در اين راستا اثرات تغييرات سايز نانوتير و ارتفاع آن مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاصل مي‌تواند در طراحي نانو‌تير‌ها در بخش‌هاي مختلفي مورد استفاده قرار گيرد، اعم از تير‌هاي عملگر، تيرهاي مورد استفاده در پروب‌ها و تمام موارد وابسته به سايز در طراحي‌هاي نانو كه امروزه پيشرفت چشم‌گيري داشته‌اند.

1399/09/07

Flexoelectric effects on wave propagation responses of piezoelectric nanobeams via nonlocal strain gradient higher order beam model

5/31/2021 12:00:00 AM

Recently a specific size-dependent behavior for piezoelectric materials has been detected. This phenomenon is known as flexoelectricity resulted by the coupling between the strain field and electric polarization. It is proven that this effect is of significant importance in smart structures constructed from piezoelectric materials especially in nano dimensions. Therefore, this effect should be considered in modeling the mechanical problems of nano-sized piezoelectric-made structures in order to reach an exact and reliable behavior prediction. This research is devoted to investigate the effects of the flexoelectric phenomenon on wave dispersion characteristics of piezoelectric nanobeams. Modified constitutive relations containing the flexoelectric effects are taken into account. Reddy’s higher order shear deformation beam theory along with the nonlocal strain gradient theory (NSGT) is utilized in order to formulate the problem. Additionally, Hamilton’s principle is used to derive the governing equations of the problem. Thereafter, a wave dispersion solution is applied to the obtained equations and as a result an eigenvalue problem is deduced. Afterwards, the eigenvalue problem is solved analytically to achieve the wave frequencies and phase velocities of the system. Totally, the role of various involved parameters namely the flexoelectric effects and applied electric voltage on the wave dispersion curves is studied in detail. In addition, the size-dependency of the flexoelectric phenomenon on wave dispersion behavior of the nanobeam is explored and shown by presenting some illustrations. Due to the fact that adequate knowledge about wave dispersion characteristics of structures is of great value, it is hoped that the results presented here may be helpful for exact behavior determination of piezoelectric nano-structures. Meanwhile, the wave dispersion curves indicate some important information about the structures that could be considered for efficient design of various systems in nanotechnology field.