Speaker
Description
Smart-материалы подобно материалам биологических объектов должны функционально изменять свои свойства в зависимости от состояния окружающей среды. В общем случае они представляют собой композитные структуры, включающие сенсорные элементы, исполнительные элементы и элементы обработки информации.
В обзорном докладе в качестве актуаторов рассматриваются пьезоэлектрические материалы и материалы с памятью формы, а в качестве сенсоров — пьезоэлектрические и оптоволоконные датчики. При использовании актуаторов рассматриваются задачи управления геометрией конструкций и задачи управления динамическими характеристиками. При использовании smart-материалов с сенсорами рассматриваются задачи регистрации характеристик деформационного поведения конструкции.
Для smart-материалов на основе пьезоэлементов разработаны математические постановки задач о квазистатическом деформировании, собственных и вынужденных установившихся колебаниях конструкций. При наличии электродированных поверхностей у пьезоэлементов к ним могут быть подключены электрические цепи различной архитектуры, состоящие из резисторов, ёмкостей и индуктивностей. Эти элементы, являясь в механических процессах электрическими аналогами вязкости, упругости, массы, расширяют спектр параметров, влияющих на динамические процессы. В рассматриваемые композиты могут быть включены элементы из электропроводящих материалов, в частности графеновых композитов, которые при наличии электродированных поверхностей могут играть роль резисторов, реализуя дополнительный диссипативный механизм. Для перечисленных выше математических постановок механических задач разработаны алгоритмы численной реализации на основе метода конечных элементов с использованием подпрограмм из коммерческих пакетов, авторских подпрограмм. Разработанные методы апробированы на модельных задачах.
В разделе исследований, связанных со smart-материалами на основе материалов с памятью формы, разрабатываются методы и алгоритмы для расчёта формоизменения элементов конструкций за счёт использования одномерных элементов из материалов с памятью формы, встроенных в материал или фиксируемых на поверхности объекта. С помощью методов математического моделирования проанализирована возможность изменения спектра собственных частот колебаний при локальных механических воздействиях, вызывающих дополнительные напряжения и деформации. Такого рода воздействия могут быть результатом реализации эффекта памяти формы или пьезоэлектрического эффекта. Для варианта smart-систем, наделённых сенсорами, получены теоретические и экспериментальные результаты, обеспечивающие обоснованное использование волоконно-оптических датчиков деформаций, встраиваемых в материал или фиксируемых на его поверхности.
Публикация подготовлена в рамках реализации Программы создания и развития научного центра мирового уровня «Сверхзвук» на 2020–2025 годы при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России (соглашение от 21 апреля 2022 года №075-15-2022-329).
