Transverse vibrations of a circular bimorph with piezoelectric and piezomagnetic layers

Abstract

Введение. Статья посвящена исследованию поперечных осесимметричных колебаний биморфа с двумя пьезоактивными слоями: пьезоэлектрическим и пьезомагнитным. Этот элемент может найти применение в устройстве накопления энергии, которое находится в переменном магнитном поле. Целью работы являлось исследование зависимости частот резонанса, антирезонанса и коэффициента электромеханической связи от геометрических параметров элемента. Материалы и методы. Математической моделью работы пьезоэлемента является краевая задача линейной магнитоэлектроупругости. Элемент состоит из трех слоев: двух пьезоактивных (PZT-4 и CoFe 2 O 4) и среднего пассивного слоя, выполненного из стали. В качестве метода решения краевой задачи используется метод конечных элементов, реализованный в пакете ANSYS. Результаты исследования. Разработана конечно-элементная модель пьезоэлемента в пакете ANSYS. Решены задачи определения собственных частот резонанса и антирезонанса. Построены графические зависимости этих частот и коэффициента электромеханической связи в зависимости от геометрических параметров устройстватолщины и радиуса пьезоактивных слоев. Обсуждение и заключения. Полученные результаты могут быть использованы в процессе конструирования рабочего элемента устройства накопления энергии за счет действия переменного магнитного поля. Построенные зависимости собственных частот резонанса и антирезонанса от геометрических параметров пьезоэлемента позволяют выбрать размеры пьезоактивных слоев для заданной рабочей частоты при наибольшем коэффициенте электромеханической связи. Ключевые слова: устройство накопления энергии, пьезоэлектрики, пьезомагнетики, метод конечных элементов, собственные частоты колебаний.