The dynamic response of an eccentric Griffith crack in functionally graded piezoelectric ceramic strip under anti-plane shear impact loading is ana lysed using integral transform method. Laplace transform and Fourier transform are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed to Fredholm integral equations of the second kind. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. The impermeable crack boundary condition is adopted. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented for the functionally graded piezoelectric material to show the dependence of the gradient of material properties and electric loadings.
The radial vibration behaviors of a circular cylindrical composite piezoelectric transducer (CPT) are investigated. The CPT is composed of a piezoelectric ring polarized in the radial direction and an elastic ring graded in power-law variation form along the radial direction. The governing equations for plane stress state problem under the harmonic excitation are derived and the exact solutions for both piezoelectric and functionally graded elastic rings are obtained. The characteristic equations for resonant and anti-resonant frequencies are established. The presented methodology is fit to carry out the parametric investigation for composite piezoelectric transducers (CPTs) with arbitrary thickness in radial direction. With the aid of numerical analysis, the relationship between the radial vibration behaviors of the cylindrical CPT and the material inhomogeneity index of the functionally graded elastic ring as well as the geometric parameters of the CPTs are illustrated and some important features are reported.
The present paper deals with the free vibration analysis of the functionally graded solid and annular circular plates with two functionally graded piezoelectric layers at top and bottom subjected to an electric field. Classical plate theory (CPT) is used for description of the all deformation components based on a symmetric distribution. All the mechanical and electrical properties except Poisson's ratio can vary continuously along the thickness direction of the plate. The properties of plate core can vary from metal at bottom to ceramic at top. The effect of non homogeneous index of functionally graded and functionally graded piezoelectric sections can be considered on the results of the system. $1^{st}$ and $2^{nd}$ modes of natural frequencies of the system have been evaluated for both solid and annular circular plates, individually.
In this work, transient thermo-piezo-elastic responses of an infinite functionally graded piezoelectric (FGPE) plate whose upper surface suffers time-dependent thermal shock are investigated in the context of different thermo-piezo-elastic theories. The thermal and mechanical properties of functionally graded piezoelectric plate under consideration are expressed as power functions of plate thickness variable. The solution of problem is obtained by solving the corresponding finite element governing equations in time domain directly. Transient thermo-piezo-elastic responses of the FGPE plate, including temperature, stress, displacement, electric intensity and electric potential are presented graphically and analyzed carefully to show multi-field coupling behaviors between them. In addition, the effects of functionally graded parameters on transient thermo-piezo-elastic responses are also investigated to provide a theoretical basis for the application of the FGPE materials.
A simply supported hybrid plate consisting of top and bottom functionally graded elastic layers and an intermediate actuating or sensing homogeneous piezoelectric layer is investigated by an elasticity (piezoelasticity) method, which is based on state space formulations. The general spring layer model is adopted to consider the effect of bonding adhesives between the piezoelectric layer and the two functionally graded ones. The two functionally graded layers are inhomogeneous along the thickness direction, which are approached by laminate models. The effect of interlaminar bonding imperfections on the static bending and free vibration of the smart plate is discussed in the numerical examples.
This paper presents nonlinear analysis of an arbitrary functionally graded circular plate integrated with two functionally graded piezoelectric layers resting on the Winkler-Pasternak foundation. Geometric nonlinearity is considered in the strain-displacement relation based on the Von-Karman assumption. All the mechanical and electrical properties except Poisson's ratio can vary continuously along the thickness of the plate based on a power function. Electric potential is assumed as a quadratic function along the thickness direction. After derivation of general nonlinear equations, as an instance, numerical results of a functionally graded material integrated with functionally graded piezoelectric material obeying two different functionalities is investigated. The effect of different parameters such as parameters of foundation, non homogenous index and boundary conditions can be investigated on the mechanical and electrical results of the system. A comprehensive comparison between linear and nonlinear responses of the system presents necessity of this study. Furthermore, the obtained results can be validated by using previous linear and nonlinear analyses after removing the effect of foundation.
선형 압전 이론(theory of linear piezoelectricity)을 이용하여 면외전단 충격(anti-plane shear impact)을 받는 기능경사 압전 세라믹(functionally graded piezoelectric ceramic)의 중앙에 존재하는 균열(central crack)의 동적 응답에 대해 연구한다. 기능경사 압전재료의 물성치(material property)는 두께방향을 따라 연속적으로 변한다고 가정한다. 라플라스 변환(Laplace transform)과 푸리에 변환(Fourier transform)을 사용하여 두 쌍의 복합적분 방정식을 구성하며, 이를 제2종 Fredholm 적분 방정식(Fredholm integral equations of the second kind)으로 표현한다. 재료 물성치의 변화도(gradient of material properties)와 전기하중(electric loading)의 영향을 보기 위해 동응력세기계수(dynamic stress intensity factor)에 대한 수치 결과를 제시하였다.
In this paper, we examine the singular stresses and electric fields in a functionally graded piezoelectric ceramic strip containing an eccentric crack off the center line under anti-plane shear loading with the theory of linear piezoelectricity. It is assumed that the properties of the functionally graded piezoelectric ceramic strip vary continuously along the thickness. Fourier transforms are used to reduce the problem to the solution of two pairs of dual integral equations, which are then expressed to a Fredholm integral equation of the second kind. Numerical values on the stress intensity factor and the energy release rate are obtained.
In this paper, bending-stretching analysis of thick functionally graded piezoelectric rectangular plates is studied using the higher-order shear and normal deformable plate theory. On the basis of this theory, Legendre polynomials are used for approximating the components of displacement field. Also, the effects of both normal and shear deformations are encountered in the theory. The governing equations are derived using the principle of virtual work and variational approach. It is assumed that plate is made of piezoelectric materials with functionally graded distribution of material properties. Hence, exponential function is used to modify mechanical and electrical properties through the thickness of the plate. Finally, the effect of material properties, electrical boundary conditions and dimensions are investigated on the static response of plate. Also, it is shown that results of the presented model are close to the three dimensional elasticity solutions.
The electro-magneto- thermo-elastic behavior of a rotating functionally graded long hollow cylinder with functionally graded piezoelectric (FGPM) layers is analytically analyzed. The layers are imperfectly bonded to its inner and outer surfaces. The hybrid cylinder is placed in a constant magnetic field subjected to a thermo-electro-mechanical loading and could be rested on a Winkler-type elastic foundation. The material properties of the FGM cylinder and radially polarized FGPM layers are assumed to be graded in the radial direction according to the power law. The hybrid cylinder is rotating about its axis at a constant angular velocity. The governing equations are solved analytically and then stresses, displacement and electric potential distribution are calculated. Numerical examples are given to illustrate the effects of material in-homogeneity, magnetic field, elastic foundation, applied voltage, imperfect interface and thermo-mechanical boundary condition on the static behavior of a FG smart cylinder.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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