Modelowanie w systemie ABAQUS piezoelektrycznych elementów aktywnych typu MFC

Abstract

W pracy przedstawiono sposób efektywnego modelowania kompozytowych elementów piezoelektrycznych metodą elementów skończonych. W systemie ABAQUS przygotowano makroskopowy model elementu aktywnego typu MFC wykorzystującego efekt piezoelektryczny d33. W dalszej kolejności przeanalizowano wielowarstwową belkę kompozytową z naklejonym badanym elementem aktywnym. Numerycznie zbadano prosty i odwrotny efekt piezoelektryczny, wyznaczając odpowiednio wartości napięć na zaciskach elementu aktywnego przy wymuszonym odkształceniu układu oraz ugięcia statyczne przy różnych wartościach napięcia zasilającego. Rezultaty tych analiz porównano z wynikami rzeczywistych pomiarów przeprowadzonych na stanowisku laboratoryjnym. Opracowany model numeryczny wykorzystano do próby wykrycia symulowanego uszkodzenia materiału kompozytowego.The paper presents an approach to effective modelling of piezoelectric transducers in finite element method based software. A macroscopic model of an active element made of macro fiber composite (MFC type) exhibiting d33 effect is developed in ABAQUS system. Next, a multilayer composite beam with the discussed piezoelectric actuator is analysed. Both a direct and a converse piezo effects are analyzed numerically, calculating respectively charge on transducer's poles subject to forced displacements and beam static deflections with respect to assumed supply voltage. The outcomes of the numerical simulations are compared to the laboratory test results. Next, the worked-out FEM model of MFC actuator/sensor is used to detect the simulated defect in composite material