Symulacyjne badanie skutków degradacji połączenia piezoaktuatora z belką

Efektywność współpracy piezoelektrycznego aktuatora z układem głównym zależy między innymi od jakości połączenia. Dlatego też degradacja warstwy łączącej jest ważnym aspektem badawczym. W niniejszej pracy przedmiotem badań jest belka swobodnie podparta z przyklejonym na jej powierzchni piezoelektrycznym aktuatorem, którego działanie wywołuje zginanie belki. Uszkodzenie zamodelowano jako zmianę sztywności ścinania warstwy kleju w ustalonym, zdegradowanym obszarze wzdłuż brzegu aktuatora. W celu weryfikacji modeli MES (opracowanych w dwóch programach ABAQUS i ANSYS) porównano wyniki symulacji z wynikami uzyskanymi metodą analityczną. Skupiono się na porównaniu rozkładów naprężeń stycznych w warstwie kleju w części uszkodzonej i nieuszkodzonej, ugięć belki oraz charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych w przypadku różnych sztywności warstwy. Uzyskana dostateczna zgodność wyników uzasadnia poprawność zastosowanych modeli MES.

Efficiency of a piezoelectric actuator-beam interaction depends on the coupling quality. That is why glue layer degradation is one of the important research problems. Consideration of a simply supported beam with a surface mounted piezoelectric patch, which operates in bending mode, has been presented in this article. The glue degradation has been modeled as a modification of shear stiffness within the assumed area along the actuator edge. Verification of the FEM models (built using two programs ANSYS and ABAQUS) was performed comparing results with those obtained applying the analytical method. The comparison is focused on the results such as shear stresses distributions within the damaged and undamaged glue layer, beam deflections and amplitude-frequency characteristics calculated for different shear stiffness values. The results are in quite good agreement and prove correctness of the applied FEM models.