تحلیل الکترومکانیک استوانه چرخان ساخته شده از مواد پیزوالکتریک مدرج تابعی به کمک نظریه تغییر شکل برشی مرتبه بالا: حسگر و عملگر

در این مقاله بر مبنای نظریه تغییرشکل برشی مرتبه بالا، معادلات الکتروالاستیک حاکم بر استوانه های جدار ضخیم متقارن محوری ساخته شده از مواد ناهمگن مدرج تابعی در حالت کلی استخراج شده است. جابه جایی ها، تن شها و پتانسیل الکتریکی برای استوانه با دو سر بسته مقید، به صورت تحلیلی به دست آمده است. این راهکار منجر به تعریف فرمولاسیون جدید برای تحلیل پوسته های جدار ضخیم بر پایه نظریه تغییرشکل برشی شده است. معادلات تعادل مکانیکی به روش انرژی به دست آمد و برای یافتن معادلات تعادل الکتریکی از معادلات ماکسول و گاوس استفاده شد. حل معادلات حاکم در حالت عمومی)مستقل از مرتبه نظریه تغییرشکل برشی(به صورت کوپل مکانیکی-الکتریکی و با استفاده از روش بردارهای ویژه ارائه شد. در این بررسی تمامی خواص الکترومکانیک در راستای شعاعی به صورت تابع توانی فرض شده است. به منظور بررسی صحت نتایج، جابه جایی شعاعی، پتانسیل الکتریکی و تنش شعاعی استوانه جدار ضخیم همگن با نظریه ی الاستیسیته مستوی مقایسه و شباهت ها نشان داده شده است. به منظور بررسی تاثیر افزایش مرتبه نظریه ی تغییرشکل برشی بر مقادیر جابه جایی ها، تنش ها و پتانسیل الکتریکی، مقایسه ای بین نتایج حاصل از نظریه ی تغییرشکل برشی مرتبه اول و سوم صورت گرفته است. نتایج نشان می دهد که استفاده از تقریب مرتبه بالا برای تحلیل الکتروالاستیک پوسته های استوانه ای ساخته شده از مواد پیزوالکتریک مدرج تابعی ضروری است. در انتها با بهره گیری از روش ارائه شده، تاثیر بارگذاری های الکتریکی و مکانیکی بر رفتار تنش ها، جابه جایی ها و توزیع پتانسیل الکتریکی سیلندر بررسی شده است.