A Practical Method for the Dynamic Analysis of Non-Uniform Piezoelectric Rod

In this paper, a unified approach for the dynamic analysis of non-uniform piezoelectric rod is presented. It is assumed that the cross sectional area of the rod is varying along the longitudinal axis, arbitrarily. Therefore, the partial differential equations that govern the non-uniform piezoelectric isotropic rod in a forced vibration analysis are obtained with a variable coefficient taking into account mechanical and electrostatic equations. Analytical solutions of these equations are only possible for simple cross- section areas. First, the governing equations are transformed to the Laplace space and then solved numerically by pseudospectral Chebyshev approach for arbitrary cross-section area under four different load functions. The final results are transformed to the time domain using modified Durbin’s procedure. The technique is validated for simple cross-section area results that can also be solved analytically.

Düzgün Olmayan Piezoelektrik Çubug˘un Dinamik Analizi için Pratik Bir Yöntem

Bu çalışmada, düzgün olmayan piezoelektrik çubuğun dinamik analizi için birleşik bir yaklaşım sunulmaktadır. Çubuğun enine kesit alanının rastgele olarak uzunlamasına eksen boyunca değiştiği varsayılmaktadır. Bu nedenle, zorlanmış titreşim analizinde düzgün olmayan piezoelektrik izotropik çubuğu idare eden kısmi diferansiyel denklemler, mekanik ve elektrostatik denklemler dikkate alınarak değişkenbir katsayılı olarak elde edilirler. Bu denklemlerin analitik çözümleri sadece basit kesit alanları için mümkündür. İlk olarak, sistemi idare eden denklemler Laplace uzayına dönüştürülür ve daha sonra dört farklı yük fonksiyonu altında rastgele kesit alanı için pseudospektral Chebyshev yaklas¸ımı ile sayısal olarak çözülür. Nihai sonuçlar, modifiye edilmiş Durbin prosedürü kullanılarak zaman uzayına dönüştürülür. Yöntem, analitik olarak da çözülebilen basit kesit alanına sahip piezoelektrik çubuk sonuçları ile doğrulanmıştır.

___

[1] Eisenberger, M., 1991. Exact Longitudinal Vibration Frequencies of a Variable Cross-Section Rod, Ap- plied Acoustics, 34(2)(1991), 123-130.

[2] Abrate, S., 1995. Vibration of Non-Uniform Rods and Beams, Journal of Sound and Vibration, 185(4)(1995), 703-716.

[3] Kumar, B. M., 1997. Sujith, R. I., Exact Solutions for the Longitudinal Vibration of Non-Uniform Rods, Journal of Sound and Vibration, 207(5)(1997), 721- 729.

[4] Li, Q. S., 2000. Free Longitudinal Vibration Analysis of Multi-Step Non-Uniform Bars Based on Piece- wise Analytical Solutions, Engineering Structures, 22(9)(2000), 1205-1215.

[5] Li, Q. S., 2000. Exact Solutions for Longitudi- nal Vibration of Multi-Step Bars with Varying Cross-Section, Journal of Vibration and Acoustics, 122(2)(2000), 183-187.

[6] Yardimoglu, B., Levent, A., 2011. Exact Longitudi- nal Vibration Characteristics of Rods with Variable Cross-Sections, Shock and Vibration 18(4)(2011), 555-562. [7] Chen, W. Q., Zhang, C. L., 2009. Exact Analysis of Longitudinal Vibration of a Non-Uniform Piezo- electric Rod, Second International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering, International Society for Optics and Photonics.

[8] Zhang, C. L., Chen, W. Q., Li, J. Y. and Yang, J. Y., One-Dimensional Equations for Piezoelectromag- netic Beams and Magnetoelectric Effects in Fibers, Smart Materials and Structures, 18(9)(2009).

[9] Nadal, C., François, P., 2009. Multimodal Elec- tromechanical Model of Piezoelectric Transform- ers by Hamilton’s Principle, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 56(11)(2009), 2530-2543.

[10] Li, Y., Zhifei, S., 2009. Free Vibration of a Func- tionally Graded Piezoelectric Beam via State-Space Based Differential Quadrature, Composite Structures, 87(3)(2009), 257-264.

[11] Yıldırım, K., Küçük, I., 2016. Active Piezoelectric Vibration Control of a Timoshenko Beam, Journal of Franklin Institute, 353(1)(2016), 95-107.

[12] Küçük, I., Yıldırım, K., Sadek, ˙I., Adali, S., 2015. Op- timal Control of a Beam with Kelvin-Voigt Damping Subject to Forced Vibrations Using a Piezoelectric Patch Actuator, Journal of Vibration And Control, 21(4)(2015), 701-713.

[13] Yıldırım, K., 2016. Optimal Forced Vibrations Con- trol of a Smart Plate, Applied Mathematical Mod- elling, 40(2016), 6424-6436.

[14] Eker, M., Celebi, K., Yarımpabuc, D., 2015. Free Vi- bration Analysis of Nonuniform Piezoelectric Rod by Complementary Functions Method, European Con- ference on Numerical Mathematics and Advanced Application, Metu, Ankara, 14-18 September.

[15] Yarimpabuc, D., Eker, M., Celebi, K., 2016. Free Vibration Analysis of Non-Uniform Piezoelectric Rod by Chebyshev Pseudospectral Method, 1st In- ternational Mediterranean Science and Engineering Congress, 26-28 October, Adana, 1563-1568.

[16] Yarimpabuc, D., Eker, M., Celebi, K., 2018. Forced Vibration Analysis of Non-Uniform Piezoelectric Rod by Complementary Functions Method, Karael- mas Science and Engineering Journal, 8(2)(2018), 496-504.

[17] Trefethen, L.N., 2000. Spectral Methods in Matlab, SIAM, Philadelphia, PA.

[18] Fornberg, B., 1996. A Practical Guide to Pseudospec- tral Methods, Cambridge University Press, Cam- bridge.

[19] Bazan, F.S.V., 2008. Chebyshev Pseudospectral Method for Computing Numerical Solution of Convection-Diffusion Equation, Applied Mathemat- ics and Computation, 200(2008), 537-546.

[20] Durbin, F., 1974. Numerical Inversion of Laplace Transforms: An Efficient Improvement to Dubner and Abrate’s Method, Computer Journal, 17(1974), 371-376. [21] Temel, B., Yıldırım, S., Tütüncü, N. 2014. Elastic and viscoelastic Response of heterogeneous annular structures under Arbitrary Transient Pressure, Inter- national Journal of Mechanical Sciences, 89(2014), 78-83.

[22] Gottlieb, D., 1981. The Stability of Pseudospectral- Chebyshev Methods, Mathematics of Computation, 36(153)(1981), 107-118.

[23] Ding, H. J., Chen, W. Q. 2001. Three Dimensional Problems of Piezoelasticity, Nova Science Publishers, New York, USA
Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-7688
  • Yayın Aralığı: Yılda 3 Sayı
  • Başlangıç: 1995
  • Yayıncı: Süleyman Demirel Üniversitesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Delme Hızının Akışkan Ortam Basıncı ve Dönme Hızına Bağlı Değişiminin Araştırılması

İksan TUNCER, Raşit ALTINDAĞ

Değişik Zamanlarda Hasat Edilen Farklı Tipteki Şeker Pancarı (Beta vulgaris var. saccharifera L.) Çeşitlerinin Verim ve Bazı Kalite Özelliklerinin Belirlenmesi

Bekir TOSUN, Tahsin KARADOĞAN, Arif ŞANLI

Mermer Ocaklarında Kullanılan Zincirli Kesme Makinelerinin Performansının Araştırılması

Muhammed Ali ÇALIŞKAN, Hüseyin YAVUZ

Bulanık Küme Teorisinin Müşteri Memnuniyeti Karşılaştırmasında Kullanılması

Nur AYVAZ ÇAVDAROĞLU

Parçacık Sürü Optimizasyonu Yöntemi ile Sayım Modelleri için En Uygun Değişken Kümesinin Belirlenmesi

Haydar KOÇ, Tuba KOÇ, Emre DÜNDER

AHP Metoduyla Yer’e Özgü Mimari Tasarım Kriterlerinin Öncelik Sırasının Belirlenmesi

Emine YILDIZ KUYRUKÇU, Ahmet ALKAN

Bazı İlaç Gruplarının Su Ortamına Olan Etkilerinin Akut Toksisite Testleri ile Değerlendirilmesi

Süheyla TONGUR, Sevil YILDIZ, Rıfat YILDIRIM

Davutoğlan Kuş Cenneti Kilinin Kimyasal ve Mineralojik Yapısının Antimikrobiyal Etkinliği Açısından Değerlendirilmesi

Şaziye Betül SOPACI

İstanbul ve Eskişehir Bölgesi Minimum-Maksimum Yağış Miktarlarının Ekstrem Değerler Dağılımları Ailesi ile Modellenmesi

Mustafa ÇAVUŞ, Özer ÖZDEMİR, Ahmet SEZER

A Practical Method for the Dynamic Analysis of Non-Uniform Piezoelectric Rod

Durmuş YARIMPABUÇ, Mehmet EKER, Kerimcan ÇELEBİ