Nonlinear modeling of piezoelectric stack actuators with flexure based displacement amplifier mechanisms
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: OZAN YURDAKUL
Danışman: MEHMET BÜLENT ÖZER
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tezde, piezoelektrik yığın eyleyicileri için modelleme yöntemleri incelenmiştir. Bu eyleyiciler için hem doğrusal hem de doğrusal olmayan modelleme metodolojisi uygulanmıştır. Genel piezoelektrik denklemlerinden türetilen sonlu elemanlar modeli, piezoelektrik malzemenin doğrusal davranışını modellemek için kullanılmıştır. Sonlu elemanlar modelinin doğrulaması, deneyler vasıtasıyla gerçekleştirilmiş, modelleme ve test sonuçlarının yüksek kalitede eşleştiği gözlemlenmiştir. Mekanik yükselticiler hakkında ayrıntılı bir literatür araştırması yapıldıktan sonra bu çalışma için Rhombus tipi yükseltici mekanizma seçilmiştir. Mekanik yükseltici mekanizması sonlu elemanlar metodu ile tasarlanmış ve optimize edilmiştir. Tasarlanan mekanizma, üretildikten sonra deneysel olarak doğrulanmıştır. Ayrıca literatürdeki analitik ve geometrik formüllerin doğrulukları karşılaştırılmıştır. Doğrusal modelleme bir eyleyici tasarlamak için yeterli olsa da, hassas mühendislik uygulamaları için doğrusal olmayan kısımlar eklenerek, model daha doğru hale getirilmelidir. Piezoelektrik eyleyiciler oldukça doğrusal olmayan davranış sergiler ve bu doğrusal olmamanın ana sebebi histerezistir. Literatürde bulunan histerezis modelleri sunulduktan sonra, bu çalışma için histeretik davranışı temsil etmek amacıyla Bouc-Wen modeli kullanılmıştır ve literatürdeki modifiye Bouc-Wen modelleri de kapsamlı bir şekilde derlenmiştir. Bu modeller sadece sınırlı voltaj aralıklarında ve simetrik histerezis için iyi çalıştığından, geniş giriş voltaj aralıklarında, (0,150 V) eşleştirme performansını artırmak için çok değişkenli Bouc-Wen modeli olarak adlandırılan yeni bir modifiye Bouc-Wen modeli geliştirilmiştir. Bu çalışmada, Doğrusal olmamanın bir başka nedeni olan sünme de modellenmiş ve model parametreleri testler aracılığıyla bulunmuştur. Piezoelektrik eyleyiciler genellikle bir yükseltici mekanizmasında ön gerilim altında kullanıldığından, ön gerilimin histerezis ve sünme üzerindeki etkisi de ayrıca incelenmiştir.