بررسي پارامتري بهبود ظرفيت كمانش ستون‌هاي‌ ترك‌دار توسط وصله‌هاي پيزوالكتريك

Parametric Investigation of Buckling Capacity Improvement of Cracked Columns with Piezoelectric Patches

در مقاله حاضر با استفاده از روش تحليلي به مطالعه رفتار پايداري ستونهاي ترك‌دار مجهز به وصله‌هاي پيزوالكتريك پرداخته مي‌شود. جهت قطبيدگي وصله‌هاي پيزوالكتريك به‌گونه‌اي انتخاب شده‌اند كه باعث ايجاد نيروي محوري در ستون مي‌شوند. ترك با استفاده از فنر پيچشي مدل شده است كه دو قسمت سالم ستون را در محل ترك به هم متصل مي‌سازد. پس از اعمال شرايط مرزي و بين مرزي در محل ترك و نواحي انتهايي وصله‌هاي پيزوالكتريك، معادله مشخصه حاكم بر رفتار كمانش ستون‌هاي ترك‌دار استخراج گرديده است. تأثير پارامترهاي موثر بر بار كمانش اول و دوم ستون از قبيل پارامترهاي ترك (موقعيت و عمق ترك) و همچنين موقعيت و طول وصله‌هاي پيزوالكتريك و ولتاژ اعمالي با استفاده از نمودارهاي مناسب مورد بررسي و تحليل قرار گرفته است. نتايج نشان مي‌دهد كه وجود ترك باعث كاهش قابل ملاحظه‌اي در ظرفيت كمانش ستون مي‌شود. ميزان اين كاهش به موقعيت و عمق ترك بستگي دارد. با تعيين موقعيت و طول مناسب وصله‌هاي پيزوالكتريك، مي‌توان باعث بهبود ظرفيت كمانش تير ترك‌دار شد. لزوما بهترين موقعيت وصله پيزوالكرتيك متناظر با محل ترك نمي‌باشد و بايد با توجه به شرايط مرزي تير و محل ترك تعيين شود. نتايج نشان مي‌دهد اثر اعمال ولتاژ مثبت بر ظرفيت كمانش مود دوم و مود اول متفاوت است.

In this paper, instability behavior of cracked column equipped with piezoelectric patch is investigated, analytically. Polarization orientation is in such a way that axial force is induced in column. Crack is modeled as a torsional spring that connects two intact portion of column. After considering boundary conditions and continuity at the crack position and edges of piezoelectric patch positions, governing equations of buckling behavior of cracked column are obtained. Effects of effective parameters on the first and second buckling capacity of cracked column such as cracked parameters (position and depth), position, length and voltage of piezoelectric patch is investigated using suitable sketches. The results show that crack decreases buckling capacity, prominently. This decrease depends on position and depth of crack. Using appropriate position and length of piezoelectric patch, buckling capacity of cracked column is improved. The appropriate position of piezoelectric patch is not analogues to the crack position, necessarily and may be determined according to the column boundary conditions and crack position. The results show that positive voltage has opposite effects on the first and second buckling capacity of column.