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Electromechanical Energy Conversion in Asymmetric Piezoelectric Bending Actuators

Wolf, Kai-Dietrich :
Electromechanical Energy Conversion in Asymmetric Piezoelectric Bending Actuators.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2001)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Electromechanical Energy Conversion in Asymmetric Piezoelectric Bending Actuators
Language: English
Abstract:

Piezoelectric materials can be conveniently used to build actuators which convert electrical into mechanical energy and vice versa. In structures containing beam and plate members, piezoelectric patches are employed to control flexural vibrations and optimization of the design and placement of these patches has been a concern in the development of 'smart structures' and ultrasonic motors. Rather than looking at detailed models of particular systems, it is desirable to find an optimum design of a piezoelectric patch by general consideration of energy conversion in piezoelectric layers subject to bending deformation. The electromechanical coupling factor (EMCF) and the actuator power factor are measures for the actuators ability to transform energy and can be utilized as design criteria to determine an optimum thickness of a piezoelectric patch. Compared to current designs of bending actuators, results indicate that thicker piezoelectric layers lead to better energy conversion.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Piezoelektrische Materialien eignen sich ausgezeichnet zum Bau von Aktoren, die elektrische in mechanische Energie umwandeln oder umgekehrt. An Strukturen, die zum Teil aus Balken oder Platten bestehen, werden piezoelektrische Platten aufgeklebt, um Biegeschwingungen zu erregen bzw. zu regeln. Die Positionierung und Gestaltoptimierung dieser piezoelektrischen Platten ist Gegenstand vielfältiger Untersuchungen, unter Anderem in der Entwicklung von 'smart structures' oder Ultraschallmotoren. Zur Gestaltoptimierung der piezoelektrischen Platten erscheint eine eher allgemeine Betrachtung der Energiewandlung in piezoelektrischen Schichten unter Biegeverformung vorteilhaft gegenüber der Modellierung spezieller Konfigurationen. Der Elektromechanische Kopplungsfaktor (EMCF) und der Leistungsfaktor sind Kriterien fuer die Güte der Energiewandlung, die sich zur Optimierung der Dicke der piezoelektrischen Platten oder Schichten heranziehen lassen. Es zeigt sich, dass im Vergleich zu bestehenden Gestaltungsvarianten von Biegeaktoren relativ dicke piezoelektrische Schichten optimale Energiewandlung gewährleisten.German
Uncontrolled Keywords: EMCF, bending actuator, piezoelectric layer, energy conversion, optimal thickness, power factor, PZT, flexural vibration
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
EMCF, bending actuator, piezoelectric layer, energy conversion, optimal thickness, power factor, PZT, flexural vibrationGerman
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
Divisions: FB 06 (Mechanik, 2006 eingegliedert in FB Maschinenbau/Strukturdynamik)
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:20
Last Modified: 07 Dec 2012 09:15
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000094
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-944
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Irschik, Prof. Dipl Hans
Advisors: Hagedorn, Prof. Dr. Peter
Refereed: 29 May 2000
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/94
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