Full Text

Пьезоактивные композиты с пьезоэлектрическими и/или магнитострикционными элементами структуры используются в современных интеллектуальных конструкциях в качестве функциональных элементов: преобразователей, датчиков, актюаторов [1 5], функционирующих на основе эффектов связанностей деформационного, электрического и/или магнитного полей. Математическое моделирование свойств и поведения пьезоактивных композитов основывается на постановке и решении связанных краевых задач электромагнитотермоупругости для микронеоднородной представительной области с использованием методов механики композитов [6 9]. Гибкие биморфные пьезоэлектрические биморфы консольного или мембранного типов состоят из двух или более однородных пьезоэлектрических слоев (пластин, пленок) равной толщины с одинаковой или противонаправленной поляризацией, межслойных и наружных электродов [10 – 17]. Гибкие биморфы используются в качестве генераторов электрической энергии [13, 18 22], датчиков [12, 23, 24] и актюаторов – пьезоэлектрических преобразователей электрических сигналов от источника питания в движение (микроперемещение), манипулирования или сборки микромасштабных объектов [11, 12, 14, 17, 25 - 33], в частности, пьезоэлектрических шаговых двигателей [26], микрозахватов [28], элементов управления геометрией отражающих [17] или аэродинамических [31, 33] поверхностей в современных микроэлектромеханических системах (МЭМС), системах автоматического управления радиотехники, электроники, оптики, аэрокосмической и медицинской техники. Гибкий биморфный пьезокантилевер [11, 27] работает как исполнительный механизм (актюатор) и, одновременно, как датчик самоконтроля мониторинга информации о текущем значении действующей на кантилевер внешней силы и/или смещения (прогиба). Многослойные гибкие биморфы используют для повышения чувствительности отношения величины изгибных деформаций биморфа к приложенному на электроды управляющему электрическому напряжению, в частности, когда отражающая поверхность деформируемого зеркала расположена на внешней стороне одного из слоев биморфа [17]. Пьезоактюатор с управляемой жесткостью на изгиб [34] представляет собой многослойный пакет из элементарных биморфных слоев с управляемой механической связанностью между смежными слоями. Достижение результирующего значения квазистатической изгибной деформации актюатора [34] осуществляется в резонансном изгибно-колебательном режиме циклическом чередовании «активного» (в требуемом направлении изгиба) и «реактивного» (в обратном направлении) полупериодов колебания при малой и большой связанности элементарных слоев и, как следствие, при малой и большой результирующей изгибной жесткости многослойного пакета (актюатора) соответственно. Можно отметить исследование [35], где предложен гибридный пьезоэлектрический актюатор изгибного типа, который включает в себя две пьезоэлектрические секции – центральную круговую биморфную секцию «инициации» изгиба и периферийное «кольцо поджатия» с общим внутренним круговым электродом и различными для каждой секции внешними управляющими электродами. «Кольцо поджатия», как часть актюатора [35], примыкает к неподвижно (шарнирно или жестко) закрепленному его периметру и обуславливает существенное улучшение его изгибных характеристик. В [36] предложен принцип функционирования криволинейного стержневого пьезоэлектрического актюатора изгибного типа, основанный на эффекте взаимодействия его начальной кривизны и управляемой трансформации (посредством обратного пьезоэффекта) формы его поперечного сечения. В результате такого взаимодействия, требуемый изгиб криволинейного актюатора возникает не от его непосредственного изгиба (как это реализуется по традиционной схеме типа «биморф»), а опосредованно от управляемого изменения формы изгиба его поперечного сечения в своей «поперечной» плоскости. Пьезоэлектрические трансформации поперечного сечения осуществляются как изгиб по схеме «биморф» его начально-прямоугольной формы с переходом сечения к выпуклой «арочной» или двояковыпуклой «чечевичной» формам (с увеличением соответствующего осевого момента инерции и, как результат, увеличением жесткости сечения на изгиб), что обуславливает появление в сечениях криволинейных стержневых PlatCB (Plate Curvilinear Bimorphic) или TubCB (Tubular Curvilinear Bimorphic) актюаторов неуравновешенных изгибающих моментов, действие которых частично распрямляет, т.е. уменьшает значение начальной кривизны продольной оси стержневого актюатора. Наиболее существенно этот эффект проявляется для TubCB-актюатора с трансформацией прямоугольной формы тонкого сечения к двояковыпуклой «чечевично»-трубчатой форме. Цель – разработка математической модели и изучение эффекта взаимодействия начальной кривизны и пьезоэлектрических трансформаций форм поперечных сечений криволинейных пьезоэлектрических PlatCB, TubCB-актюаторов [36] изгибного типа для улучшения их изгибных характеристик – увеличения максимальных смещений и блокирующих усилий, производимых актюаторами в рабочей продольной плоскости.

About the authors

A. A Pan’kov

Author for correspondence.
Email: a_a_pankov@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 378

PDF (Russian) - 14

Cited-By

Comments on this article