Nonlinear analysis of RAINBOW actua

Nonlinear analysis of RAINBOW actuator characteristics
S Aimmanee1,3, S Chutima1 and M W Hyer2
Published 9 March 2009 • IOP Publishing Ltd • Smart Materials and Structures, Volume 18, Number 4

297 Total downloads

Cited by 2 articles

Export citation and abstract

BibTeX RIS
Share this article

Article information
Abstract
This paper discusses an investigation into deformations of rectangular RAINBOW actuators, which are classified as a type of laminated actuator. The actuators consist of a piezoelectric active layer and a reduced passive layer formed in an elevated temperature reduction process. An energy-based Rayleigh–Ritz model is used to approximate the thermally induced deformations with 23-term polynomials. Due to large out-of-plane displacements of the RAINBOW actuators after cooling down to room temperature, inclusion of geometric nonlinearities in the kinematic relations is taken into consideration. Actuation characteristics of these actuators caused by a quasi-static electric field applied to the piezoelectric layer are also modeled with the Rayleigh–Ritz approach. Material nonlinearities in the piezoelectric layer are included in the constitutive equation to capture the effects of a strong electric field. Piezoelectrically induced tip deflections of a series of RAINBOW cantilever actuators are calculated and compared with experiment. With the geometrical and material nonlinearities taken into account, numerical simulation reveals the computed tip deflections agree very well with the experimental data. In addition, tip blocking forces representing the load-carrying capability of the RAINBOW actuators are approximately evaluated by equating the magnitude of force-induced displacement to that of the piezoelectrically induced tip deflection. Again, good agreement between numerical results and experiment can be observed in the case of the tip blocking force. This evidently shows that the pertinent nonlinearities have very crucial effects on the responses and performances of the RAINBOW actuators.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

การวิเคราะห์เชิงเส้นรุ้งกระตุ้นลักษณะของS Aimmanee1, 3, S Chutima1 และ M W Hyer29 2552 มีนาคมเผยแพร่• IOP ประกาศ จำกัด•สมาร์ทวัสดุ และโครงสร้าง ปริมาณ 18 หมายเลข 4ดาวน์โหลดทั้งหมด 297อ้างอิง โดยบทความที่ 2ส่งออกการอ้างอิงและนามธรรมBibTeX RISแบ่งปันบทความนี้ข้อมูลบทความบทคัดย่อThis paper discusses an investigation into deformations of rectangular RAINBOW actuators, which are classified as a type of laminated actuator. The actuators consist of a piezoelectric active layer and a reduced passive layer formed in an elevated temperature reduction process. An energy-based Rayleigh–Ritz model is used to approximate the thermally induced deformations with 23-term polynomials. Due to large out-of-plane displacements of the RAINBOW actuators after cooling down to room temperature, inclusion of geometric nonlinearities in the kinematic relations is taken into consideration. Actuation characteristics of these actuators caused by a quasi-static electric field applied to the piezoelectric layer are also modeled with the Rayleigh–Ritz approach. Material nonlinearities in the piezoelectric layer are included in the constitutive equation to capture the effects of a strong electric field. Piezoelectrically induced tip deflections of a series of RAINBOW cantilever actuators are calculated and compared with experiment. With the geometrical and material nonlinearities taken into account, numerical simulation reveals the computed tip deflections agree very well with the experimental data. In addition, tip blocking forces representing the load-carrying capability of the RAINBOW actuators are approximately evaluated by equating the magnitude of force-induced displacement to that of the piezoelectrically induced tip deflection. Again, good agreement between numerical results and experiment can be observed in the case of the tip blocking force. This evidently shows that the pertinent nonlinearities have very crucial effects on the responses and performances of the RAINBOW actuators.

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

การวิเคราะห์เชิงเส้นของ RAINBOW ลักษณะกระตุ้น
S Aimmanee1,3, S Chutima1 และเมกะวัตต์ Hyer2
เผยแพร่ 9 มีนาคม 2009 • IOP สำนักพิมพ์ จำกัด •วัสดุมาร์ทและโครงสร้างเล่ม 18 จำนวน 4 297 ดาวน์โหลดทั้งหมดอ้างโดย2 บทความที่อ้างอิงการส่งออกและนามธรรมBibTeX RIS แบ่งปัน บทความข้อมูลบทความบทคัดย่อบทความนี้กล่าวถึงการสอบสวนในรูปร่างของตัวกระตุ้นRAINBOW สี่เหลี่ยมซึ่งจะจัดเป็นประเภทของการกระตุ้นลามิเนต ตัวกระตุ้นประกอบด้วยชั้นที่ใช้งาน piezoelectric และชั้นลดลงเรื่อย ๆ ที่เกิดขึ้นในกระบวนการลดอุณหภูมิสูง พลังงานตามรูปแบบเรย์ลี-Ritz จะใช้ในการใกล้เคียงกับรูปร่างเหนี่ยวนำความร้อนที่มีหลายชื่อยาว 23 เนื่องจากการกระจัดขนาดใหญ่ออกจากเครื่องบินของตัวกระตุ้น RAINBOW หลังจากที่เย็นลงที่อุณหภูมิห้องรวมของ nonlinearities เรขาคณิตในความสัมพันธ์จลนศาสตร์จะนำมาพิจารณา ลักษณะการดำเนินการของตัวกระตุ้นเหล่านี้เกิดจากสนามไฟฟ้ากึ่งคงนำไปใช้กับชั้น piezoelectric ที่มีการสร้างแบบจำลองยังมีวิธีการที่เรย์ลี-Ritz วัสดุ nonlinearities ในชั้น piezoelectric จะรวมอยู่ในสมการที่เป็นส่วนประกอบในการจับภาพผลกระทบของสนามไฟฟ้าที่แข็งแกร่ง เหนี่ยวนำให้เกิดการโก่งตัว Piezoelectrically ปลายของชุดของ RAINBOW กระตุ้นเท้าแขนคำนวณและเปรียบเทียบกับการทดลอง ด้วย nonlinearities เรขาคณิตและวัสดุที่นำเข้าบัญชีจำลองเชิงตัวเลขแสดงให้เห็นถึงการโก่งตัวปลายคำนวณยอมรับเป็นอย่างดีกับการทดลอง นอกจากนี้ยังมีเคล็ดลับการปิดกั้นกองกำลังที่เป็นตัวแทนของความสามารถในการโหลดตามบัญชีของตัวกระตุ้น RAINBOW ได้รับการประเมินโดยประมาณเท่ากับขนาดของรางแรงที่เกิดขึ้นในการที่ของการโก่งปลายเหนี่ยวนำให้เกิด piezoelectrically อีกครั้งข้อตกลงที่ดีระหว่างผลการคำนวณและการทดสอบสามารถสังเกตได้ในกรณีที่มีการปิดกั้นแรงปลายที่ นี้เห็นได้ชัดแสดงให้เห็นว่า nonlinearities ที่เกี่ยวข้องมีผลกระทบที่สำคัญมากในการตอบสนองและการแสดงของตัวกระตุ้น RAINBOW