|
|
Computational modelling of the layered piezoelectric composites and analysis of their electro-mechanical response upon harmonic vibrations
Machů, Zdeněk ; Profant, Tomáš (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
V současnosti je velmi aktuálním tématem generování elektrické energie z alternativních zdrojů, zejména z vibrací. Zařízení, která přeměňují mechanickou energii na elektrickou, využívají často ke své činnosti piezoelektrický jev. Pro optimální nastavení takového elektromechanického měniče pro danou aplikaci je třeba mít k dispozici výpočtový model, který bude schopný postihnout všechny klíčové aspekty jeho provozu. Tato práce se tedy zabývá vytvořením takovéhoto nástroje, který je schopen komplexně popsat elektromechanickou odezvu studovaného piezoelektrického měniče energie v podobě vetknutého, vícevrstvého keramického nosníku s piezoelektrickými vrstvami. Uvažovaná vícevrstvá konstrukce je během své činnosti vystavena kinematickému buzení a je rovněž zatížena tepelnou zbytkovou napjatostí vznikající při její výrobě. Vytvořený výpočtový model využívá klasickou laminátovou teorii k určení statické elektromechanické odezvy dané konstrukce. Elektromechanická odezva při kmitání uvažované konstrukce v ustáleném stavu je získána s využitím Hamiltonova variačního principu a teorie kmitání prutů. Vytvořený výpočtový model je dále schopen odhadnout zdánlivou lomovou houževnatost dané vícevrstvé konstrukce pomocí metody váhových funkcí. Výstupy vytvořeného výpočtového modelu jsou ověřeny s využitím numerických simulací na bázi MKP a dostupných experimentálních výsledků. V diplomové práci je následně vytvořený výpočtový model aplikován při hledání optimálního rozložení jednotlivých vrstev konkrétního vícevrstvého nosníku s cílem maximalizovat jeho elektrický výkon a odolnost vůči šíření povrchových trhlin, resp. vzniku křehkého lomu. Tohoto cíle je dosaženo pomocí vhodného rozložení tepelných zbytkových napětí v jednotlivých vrstvách uvažované konstrukce (řízeného použitými materiály a tloušťkami jednotlivých vrstev).
|
|
|
Design of optimal parameters of multilayer ceramic protective coating for high temperature applications
Dohnalík, Petr ; Hrstka, Miroslav (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
The main objective of this work was to design a suitable composition of a protective coatings, made of several different layers of specific materials - with respect to residual stress, induced due to a mismatch in thermal expansion coefficients of each layer. Protective coating in this work means both the thermal and the environmental barrier. These coatings protect components against high temperatures and harsh environment. In this work, necessary theoretical background in the field of the thermal and environmental barrier coatings is introduced. There are mentioned some basic design approaches, commonly used materials and processing methods for the coating structure. The literature review gives an overview of modeling of such coated structures, in particular it is devoted to the thermal barrier coatings deposited by air plasma spray process. The next chapter closely describes classical laminate theory used for calculation of residual stresses in the coating. One of the assumptions of this theory is homogenous temperature field through the coating’s thickness. However, in this work was revealed a way to extend the classical lamination theory of such cases, in which the temperatures vary along the thickness of the coating. In the practical part, the analytical model was used for designing suitable properties of some coatings, which were consists of two, three and four layers. The calculations were performed both for constant temperature and for the temperature gradient. All results obtained from analytical approach were verified by numerical calculations.
|
|
|
Computational modelling of the layered piezoelectric composites and analysis of their electro-mechanical response upon harmonic vibrations
Machů, Zdeněk ; Profant, Tomáš (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
V současnosti je velmi aktuálním tématem generování elektrické energie z alternativních zdrojů, zejména z vibrací. Zařízení, která přeměňují mechanickou energii na elektrickou, využívají často ke své činnosti piezoelektrický jev. Pro optimální nastavení takového elektromechanického měniče pro danou aplikaci je třeba mít k dispozici výpočtový model, který bude schopný postihnout všechny klíčové aspekty jeho provozu. Tato práce se tedy zabývá vytvořením takovéhoto nástroje, který je schopen komplexně popsat elektromechanickou odezvu studovaného piezoelektrického měniče energie v podobě vetknutého, vícevrstvého keramického nosníku s piezoelektrickými vrstvami. Uvažovaná vícevrstvá konstrukce je během své činnosti vystavena kinematickému buzení a je rovněž zatížena tepelnou zbytkovou napjatostí vznikající při její výrobě. Vytvořený výpočtový model využívá klasickou laminátovou teorii k určení statické elektromechanické odezvy dané konstrukce. Elektromechanická odezva při kmitání uvažované konstrukce v ustáleném stavu je získána s využitím Hamiltonova variačního principu a teorie kmitání prutů. Vytvořený výpočtový model je dále schopen odhadnout zdánlivou lomovou houževnatost dané vícevrstvé konstrukce pomocí metody váhových funkcí. Výstupy vytvořeného výpočtového modelu jsou ověřeny s využitím numerických simulací na bázi MKP a dostupných experimentálních výsledků. V diplomové práci je následně vytvořený výpočtový model aplikován při hledání optimálního rozložení jednotlivých vrstev konkrétního vícevrstvého nosníku s cílem maximalizovat jeho elektrický výkon a odolnost vůči šíření povrchových trhlin, resp. vzniku křehkého lomu. Tohoto cíle je dosaženo pomocí vhodného rozložení tepelných zbytkových napětí v jednotlivých vrstvách uvažované konstrukce (řízeného použitými materiály a tloušťkami jednotlivých vrstev).
|
|
|
Design of optimal parameters of multilayer ceramic protective coating for high temperature applications
Dohnalík, Petr ; Hrstka, Miroslav (referee) ; Ševeček, Oldřich (advisor)
The main objective of this work was to design a suitable composition of a protective coatings, made of several different layers of specific materials - with respect to residual stress, induced due to a mismatch in thermal expansion coefficients of each layer. Protective coating in this work means both the thermal and the environmental barrier. These coatings protect components against high temperatures and harsh environment. In this work, necessary theoretical background in the field of the thermal and environmental barrier coatings is introduced. There are mentioned some basic design approaches, commonly used materials and processing methods for the coating structure. The literature review gives an overview of modeling of such coated structures, in particular it is devoted to the thermal barrier coatings deposited by air plasma spray process. The next chapter closely describes classical laminate theory used for calculation of residual stresses in the coating. One of the assumptions of this theory is homogenous temperature field through the coating’s thickness. However, in this work was revealed a way to extend the classical lamination theory of such cases, in which the temperatures vary along the thickness of the coating. In the practical part, the analytical model was used for designing suitable properties of some coatings, which were consists of two, three and four layers. The calculations were performed both for constant temperature and for the temperature gradient. All results obtained from analytical approach were verified by numerical calculations.
|
guest ::
