CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.3. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu FGM
1.3.3. Các nghiên cứu về kết cấu FGM áp điện
Vật liệu áp điện là vật liệu có khả năng biến đổi trực tiếp từ năng lượng điện sang năng lượng cơ học và ngược lại. Vật liệu áp điện được ứng dụng rất rộng rãi trong kỹ thuật phục vụ cho cuộc sống hàng ngày như: máy bật lửa, cảm biến, máy siêu âm, thiết bị điều khiển góc quay nhỏ trong gương phản xạ tia laze, các thiết bị, động cơ có kích thước nhỏ, hiện nay người ta đang phát triển nhiều chương trình nghiên cứu như máy bay bay đập cánh như côn trùng, cơ nhân tạo, cánh máy bay biến đổi hình dạng, phòng triệt tiêu âm thanh, các cấu trúc thông minh,...Một trong những ứng dụng quan trọng hiện nay trong kỹ thuật là dùng làm động cơ piezo. Do có nhiều ứng dụng trong kỹ thuật và đời sống nên vật liệu áp điện được các nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm. Các nghiên cứu nổi bật về vật liệu FGM áp điện bao gồm:
Dựa trên lý thuyết ba chiều của vật liệu đàn hồi, Alibeigloo và Simintan [10] đã phân tích tĩnh đối xứng trục của tấm hình tròn và hình khuyên FGM được đặt giữa các lớp áp điện sử dụng phương pháp vi phân cầu phương. Ebrahimi và các cộng sự [42] đã nghiên cứu dao động tự do của tấm hình khuyên FGM có độ dày trung bình phải kết hợp với các lớp áp điện theo lý thuyết tấm Mindlin. Khả năng áp dụng của mô hình được xem xét bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay đổi hệ số gradient của tấm FGM lên các đặc trưng dao động tự do của kết cấu. Li và Pan [60] đã phát triển một mô hình tấm kích cỡ micromet làm bằng vật liệu FGM áp điện dựa trên lý thuyết ứng suất kép (couple-stress theory) cải tiến và lý thuyết tấm dạng hình sin. Dai và các cộng sự [24] đã giới thiệu mô hình lưới để kiểm tra hình dáng hoạt động cũng như ngăn chặn đáp ứng động học của tấm FGM có chứa cảm biến áp điện và lớp kích động. Các công thức tính toán trong nghiên cứu này
được thiết lập dựa trên lý thuyết biến dạng trượt bậc nhất và nguyên lý biến phân đối với sự kết hợp nhiệt - điện - cơ. Shen [78] đã nghiên cứu phân tích sau vồng của tấm FGM có các cạnh tựa bản lề với các lớp áp điện chịu sự tác dụng kết hợp của các tải trọng cơ, điện và nhiệt. Ebrahimi và Rastgoo [41] đã trình bày một nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận giải tích cho bài toán dao động tự do của tấm hình tròn FGM tích hợp với hai lớp kích động phân bố đều được làm bằng vật liệu áp điện theo lý thuyết tấm cổ điển. He và các cộng sự [47] đã sử dụng các công thức phần tử hữu hạn dựa trên lý thuyết tấm phân lớp cổ điển để nghiên cứu điều khiển dao động của tấm FGM được tích hợp các cảm biến và lớp kích động áp điện. Shariyat [77] đã nghiên cứu dao động và ổn định động của tấm hình chữ nhật FGM với các cảm biến và lớp kích động áp điện chịu sự tác dụng của các tải trọng nhiệt – điện – cơ, trong đó các phương trình phần tử hữu hạn được xây dựng dựa trên lý thuyết biến dạng trượt bậc cao. Hashemi và các cộng sự [49] đã sử dụng phương pháp giải tích để phân tích dao động của tấm dày hình tròn FGM áp điện dưới sự kết hợp của các điều kiện biên khác nhau tại các cạnh trong và ngoài trên cơ sở của lý thuyết biến dạng trượt bậc cao của Reddy. Các phương trình vi phân chuyển động được giải với các điều kiện biên khác nhau. Xia và Shen [99] đã nghiên cứu dao động phi tuyến và đáp ứng động học của tấm FGM với các lớp kích động composite được gia cường bởi các sợi áp điện trong môi trường nhiệt độ. Sheng và Wang [83] đã trình bày phương pháp giải tích và mô hình đơn giản cho vỏ trụ phân lớp FGM với các lớp áp điện mỏng dựa trên nguyên lý Hamilton và lý thuyết phi tuyến Von Karman. Các phương trình chuyển động phi tuyến sau đó được giải bằng phương pháp Runge–Kutta. Rafiee và các cộng sự [72, 73] đã nghiên cứu dao động phi tuyến và đáp ứng động học của vỏ FGM áp điện có các cạnh tựa bản lề chịu sự tác dụng đồng thời của các tải trọng điện, nhiệt, cơ và khí động học trong đó lý thuyết piston bậc ba được sử dụng để tính toán tải trọng khí động học. Alibeigloo và Chen [8] đã đề xuất dạng nghiệm đàn hồi cho kết cấu panel trụ E-FGM được tích hợp các lớp áp điện. Javanbakht cùng các cộng sự [55] đã phân tích kết cấu panel FGM thoải và không thoải với các lớp áp điện dưới tác dụng của lực động học và các kích
động tĩnh điện. Alibeigloo và các cộng sự [9] khảo sát dao động tự do của vỏ trụ FGM được gia cường bởi các ống nano cacbon tích hợp các lớp áp điện sử dụng lý thuyết ba chiều của vật liệu đàn hồi. Điều khiển hoạt động và phân tích động học của vỏ thoải hai độ cong FGM được tích hợp các lớp cảm biến và kích động áp điện được trình bày trong nghiên cứu của Kiani và các cộng sự [56] dựa trên lý thuyết vỏ Sander cải tiến kết hợp với lý thuyết biến dạng trượt bậc nhất.
Ở Việt Nam, các nghiên cứu về ổn định của các kết cấu composite phân lớp được tích hợp các lớp áp điện đã được tác giả Trần Ích Thịnh và các cộng sự [6, 94] giới thiệu từ năm 2006. Trong những năm gần đây bắt đầu xuất hiện các nghiên cứu đầu tiên về ứng xử cơ học của các kết cấu FGM được tích hợp thêm các lớp áp điện. Tác giả Nguyễn Đình Đức và các cộng sự [26, 31] đã nghiên cứu dao động và đáp ứng động học của các kết cấu tấm và vỏ trụ tròn FGM được tích hợp các lớp áp điện ở hai mặt trên và dưới tựa trên nền đàn hồi chịu sự tác dụng đồng thời của các tải trọng cơ, nhiệt và điện trong môi trường nhiệt độ sử dụng lý thuyết biến dạng trượt bậc cao của Reddy. Các kết quả số khảo sát ảnh hưởng các tham số hình học, tham số vật liệu, độ không hoàn hảo hình dáng ban đầu, nền đàn hồi và các tải trọng khác nhau lên đáp ứng động học của các kết cấu tấm và vỏ trụ tròn FGM.