Modelling of matrix degradation in piezocomposite actuators using graded material approximation

Abstract

The work deals with modelling of material degradation in piezoelectric fiber composite (PFC) layers, which operate as actuators in active laminated plates. The considered degradation process concerns reduction of the matrix material stiffness and is described based on the functionally graded material approach. It is assumed that distribution of the matrix damage, which develops at the outer surface of the actuator layer and progresses toward its inner part, can be approximated according to a power function. The dynamic analysis and calculations are focused on changes in the natural frequencies and amplitude-frequency characteristics of the active laminated plate depending on the degradation level. Praca dotyczy modelowania degradacji materiałowej w warstwach piezokompozytowych stosowanych jako aktuatory w aktywnych płytach laminowanych. Rozważany proces degradacji ograniczono do redukcji sztywności osnowy i opisano zgodnie z koncepcją materiału gradientowego. Założono, że rozkład uszkodzenia osnowy, które rozwija się na powierzchni zewnętrznej warstwy aktuatora i rozszerza do jej wnętrza, można w przybliżeniu opisać funkcją potęgową. Analizę dynamiczną i obliczenia ukierunkowano na określenie zmian częstości drgań własnych i charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych badanej aktywnej płyty w zależności od zakresu degradacji osnowy.