Vol.2, No 1, 2004 pp. 11 - 24
UDC 624.041/046:515.3
FINITE ELEMENT DEVELOPMENT FOR GENERALLY
SHAPED
PIEZOELECTRIC ACTIVE LAMINATES PART I - LINEAR
APPROACH
Dragan Marinković1,2, Heinz Köppe1,
Ulrich Gabbert1
1Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg,
Fakultät für Maschinenbau,
Institut für Mechanik, Universitätsplatz 2, D-39106 Magdeburg, Germany
2Faculty of Mechanical Engineering,
University of Niš
Aleksandra Medvedeva 14, 18000 Niš, Serbia and Montenegro
Abstract. The increasing need for lightweight structures requires
development of new kinds of materials with high specific mechanical properties,
i.e. ratio between mechanical properties and mass density. Fiber reinforced
laminates, which comprise a load-bearing phase in a protective matrix belong
to the group of the most advanced structural materials today. They are
already used in various applications like space structures, transportation
applications, etc. However, the behavior of structures made of composite
laminates can be improved by embedding piezoelectric patches in between
layers. The generic idea is a synthesis of active structures with controllable
dynamic response characteristics. The paper gives the governing equations
for active layered laminate and describes 9-node degenerated shell element
for modeling of generally shaped piezoelectric active laminates whereby
small strains and small displacements are assumed.
Key Words: Finite Element Method, Degenerated Shell, Piezoelectric
Effect, Active Structure.
RAZVOJ KONAČNOG ELEMENTA ZA KONSTRUKCIJE
OPŠTEG OBLIKA OD KOMPOZITNIH
LAMINATA SA PIEZOELEKTRIČNIM KOMPONENTAMA
DEO I – LINEARNI PRISTUP
Sve veća potreba za lakim konstrukcijama zahteva razvoj novih vrsta materijala
sa visokim specifičnim svojstvima, tj. visokim odnosom mehaničkih karakteristika
i specifične gustine. Laminarni kompozitni materijali, koji sadrže ojačanja
u vidu vlakana smeštenih u zaštitnoj matrici, spadaju u grupu najsavremenijih
konstrukcionih materijala. Ovi materijali se već uveliko koriste u različite
svrhe, npr. u konstrukcijama za svemirska istraživanja, transportoj tehnici
itd. Viši kvalitet u ponašanju konstrukcija od ovih materijala može se
postići integrisanjem piezolektričnih pločica između slojeva materijala.
Osnovna ideja je sinteza aktivnih konstrukcija sa upravljivim dinamičkim
odgovorom. U radu su date osnovne jednačine kompozitnog laminata sa aktivnim
komponentama i opisan je konačni element tipa "degenerisane ljuske" sa
9 čvorova za modeliranje konstrukcija opšteg oblika od aktivnih laminata,
pri čemu su predpostavljene male deformacije i mala pomeranja.
Ključne reči: metoda konačnih elemenata, degenerisana ljuska,
piezoelektrični efekat, aktivna konstrukcija.
