Academic Journal
Конечно-элементное исследование эффективности трубчатого пьезоэлектрического вибрационного гироскопа в зависимости от типа поляризации и граничных условий
| Title: | Конечно-элементное исследование эффективности трубчатого пьезоэлектрического вибрационного гироскопа в зависимости от типа поляризации и граничных условий |
|---|---|
| Source: | Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. |
| Publisher Information: | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», 2016. |
| Publication Year: | 2016 |
| Subject Terms: | ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСТВО,ЭЛЕКТРОУПРУГОСТЬ,ПЬЕЗОКЕРАМИКА,НЕОДНОРОДНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ,УСТАНОВИВШИЕСЯ КОЛЕБАНИЯ,ВИБРАЦИОННЫЙ ГИРОСКОП,СИЛА КОРИОЛИСА,ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ,МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ,ANSYS,PIEZOELECTRICITY,ELECTROELASTICITY,PIEZOCERAMICS,INHOMOGENEOUS POLARIZATION,HARMONIC VIBRATION,VIBRATORY GYROSCOPE,CORIOLIS FORCE,ROTATION FREQUENCY,FINITE ELEMENT METHOD |
| Description: | In the present paper, a dynamic behavior of piezoelectric vibratory gyroscope in the form of a hollow piezoelectric cylinder with two pairs of electrodes placed crosswise on the outer side surface has been analyzed. In the case of one fixed end, two variants of the piezoceramic material polarization have been considered, namely, full radial polarization and partial radial polarization only under the electrodes on the outer side surface. For a completely polarized material (in addition to the case of a cantilevered end) two other variants of the fixations simulating the conditions of hinged opening were also considered. The behavior of the harmonic oscillation of gyroscope has been studied in the framework of linear theory of piezoelectricity (electroelasticity) which takes into account mechanical damping and rotational effects in the relative coordinate system. All of the investigated variants admit the availability of electrically active bending oscillation modes in two perpendicular planes which can be controlled by given electric potentials on the two pairs of electrodes. In such configurations when the gyroscope operates near to the corresponding resonance frequencies the primary flexural vibrations are generated in one plane and the secondary flexural motions are created due to the axial gyroscope rotation in the perpendicular plane. These secondary oscillations can be a measure to determine the value of the rotation frequency. The finite element method, ANSYS finite element package and specially designed computer programs written in the macro language APDL ANSYS were used for numerical calculations. The results of computational experiments have shown that the variant with one fixed end and with a full radial polarization of the piezoceramic material gives the largest maximum of the output potential in the presence of gyroscope rotation. It has been found that the variant of the gyroscope with the fixations simulating the conditions of hinged opening is also quite promising for application. В работе проведен анализ динамического поведения вибрационного гироскопа в форме полой пьезокерамической трубки с двумя парами электродов, расположенными крестообразно на ее внешней боковой поверхности. Для случая одного жестко закрепленного торца трубки рассмотрены два варианта поляризации пьезокерамического материала: полная радиальная поляризации и частичная радиальная поляризация только под электродами внешней боковой поверхности. Для полностью поляризованного материала кроме консольного закрепления рассматривались также два других варианта крепления торцов, имитирующих условия шарнирного опирания. Изучался режим установившихся колебаний гироскопа в рамках линейной теории пьезоэлектричества (электроупругости) с учетом механического демпфирования и эффектов вращения в относительной системе координат. Все исследуемые варианты допускают наличие электрически активных мод изгибных колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, которыми можно управлять электрическими потенциалами на двух парах электродов. В таких конфигурациях при работе вблизи соответствующих резонансных частот генерируются первичные изгибные колебания в одной плоскости, а за счет осевого вращения гироскопа возбуждаются вторичные изгибные движения в другой перпендикулярной плоскости, которые и можно эффективно зарегистрировать. При проведении численных расчетов использовались метод конечных элементов, вычислительный комплекс ANSYS и специально разработанные компьютерные программы, написанные на макроязыке APDL ANSYS. Результаты вычислительных экспериментов показали, что вариант с жестко закрепленным торцом и полной радиальной поляризацией пьезокерамического материала дает наибольшие максимумы выходного потенциала при вращении гироскопа. Обнаружено, что варианты гироскопа с закреплениями торцов, имитирующими условия шарнирного опирания, также достаточно перспективны для практического использования. |
| Document Type: | Article |
| File Description: | text/html |
| Language: | Russian |
| ISSN: | 2226-1869 2224-9893 |
| Access URL: | http://cyberleninka.ru/article_covers/16953091.png http://cyberleninka.ru/article/n/konechno-elementnoe-issledovanie-effektivnosti-trubchatogo-piezoelektricheskogo-vibratsionnogo-giroskopa-v-zavisimosti-ot-tipa |
| Accession Number: | edsair.od......2806..495e1cb58d3661077fd1619ef691b0ad |
| Database: | OpenAIRE |
| ISSN: | 22261869 22249893 |
|---|