Electro-Thermo-Mechanical Response of Thick-Walled Piezoelectric Cylinder Reinforced by Boron-Nitride Nanotubes

• Main Authors: Ghorbanpour Arani, A., Haghshenas, A., Amir, S., Latifia, M., Mozdianfard, M.R.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України 2013
• Series: Проблемы прочности
• Subjects: Научно-технический раздел
• Online Access: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/111644

Выполнен расчет электротермоупругих напряжений в пьезоэлектрическом полимерном толстостенном цилиндре, упрочненном нанотрубками из нитрида бора и подвергнутом электротермомеханическому нагружению. Электротермоупругие характеристики пьезо-электрического композита, упрочненного нановолокнами, рассчитывали с помощью модифицированной микромеханической модели, позволяющей учитывать взаимосвязь между электрическими, тепловыми и упругими силовыми полями. Исходя из предположения о линейности, однородности и ортотропности материала пьезоэлектрического композита, упрочненного нановолокнами, при воздействии равномерного поля напряжений получены основные уравнения для осесимметричной деформации толстостенного цилиндра, подвергнутого равномерному внутреннему и внешнему давлению, осевой электрической нагрузке, и определена разность температур на внутреннем и внешнем радиусах цилиндра. Для условий закрепления торцов цилиндра, позволяющих изменять его длину, рассчитаны перемещения, деформации и напряжения в местах, значительно удаленных от торцов. Анализ расчетных напряжений показывает, что увеличение количества нанотрубок из нитрида бора в продольном направлении цилиндра приводит к уменьшению эффективного напряжения. В то же время анализ перемещений в радиальном направлении свидетельствует о том, что оптимальный состав композита обеспечивает 5%-ное содержание нанотрубок из нитрида бора. При нормальных условиях работы пьезоцилиндра влияние тепловых и механических факторов на величину эффективного напряжения существенно выше, чем электрических, в связи с чем данная структура пьезоэлектрического композита, упрочненного нановолокнами, больше применима для пьезодатчиков, чем для пьезоприводов.