ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2025. №10

УДК: 53.083.2; 53.082.73; 534.13

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИСКОВЫХ
ПЛЕНОЧНЫХ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АКТЮАТОРОВ
СО ВСТРЕЧНО-ГРЕБЕНЧАТЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ

А.А. Паньков

Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
614990, Пермь, Комсомольский пр-кт, д. 29

Статья поступила в редакцию 15 июля 2025 г.

Аннотация. Представлена принципиальная схема и разработана электро-механическая математическая модель функционирования пленочных пьезоэлектрических, в частности: дуго-гребенчатого (ArcCD) и хордо-гребенчатого (ChordCD) дисковых актюаторов с двумя взаимодействующими подсистемами встречно-гребенчатых «древовидных» электродов, установленными на верхней и/или нижней поверхностях тонкого пьезоэлектрического слоя. В общем случае, криволинейные «ветви» обеих подсистем сопряжены между собой по типу встречно-гребенчатых электродов, например, известного пьезоэлектрического MFC-актюатора. Неоднородная взаимообратная поляризация пьезоэлектрического слоя между взаимодействующими ветвями электродов осуществляется в результате подключения поляризующего значения электрического напряжения к выходам двух подсистем электродов. Результаты численного моделирования получены для круглой упругой мембраны с установленными по схеме «биморф» на ее верхней и нижней поверхностях пьезоэлектрическими пленочными ArcCD-актюаторами. Выявлено значительное увеличение прогиба мембраны с установленными ArcCD-актюаторами по сравнению с традиционными пьезоэлектрическими биморфами для случаев шарнирного закрепления мембраны по круговому периметру или жесткого закрепления по центру. Результаты модального анализа представлены найденными численными значениями первых шести собственных (резонансных) частот и геометрических форм колебаний круглой мембраны с установленными ArcCD-актюаторами.

Ключевые слова: MFC-актюатор, IDE-электроды, биморф, изгиб мембраны, численное моделирование.

Финансирование: Результаты получены при выполнении государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект № FSNM-2023-0006).

Автор для переписки: Паньков Андрей Анатольевич, a_a_pankov@mail.ru

Литература

1. Patent US 2003/0056351 A1. Wilkie W.K., et al. Piezoelectric Macro-Fiber Composite Actuator and Method for Making Same. Publication Date: 27.03.2003.

2. Emad D, Fanni MA, Mohamed AM, Yoshida S. Low-Computational-Cost Technique for Modeling Macro Fiber Composite Piezoelectric Actuators Using Finite Element Method. Materials (Basel). 2021. № 14(15). P. 4316. https://doi.org/10.3390/ma14154316

3. Park J.-S., Kim J.-H. Analytical development of single crystal Macro Fiber Composite actuators for active twist rotor blades. Smart Mater. Struct. 2005. № 14. P. 745–753. https://doi.org/10.1088/0964-1726/14/4/033

4. Zhou J., Dong L., Yang W. A Double-Acting Piezoelectric actuator for helicopter active rotor. Actuators. 2021. V. 247. № 10. P. 1-15. https://doi.org/10.3390/act10100247

5. Патент RU № 2841110. Паньков А.А. Лопасть воздушного винта с управляемой геометрией аэродинамической поверхности. Дата заявки: 26.12.2024. Дата публикации: 02.06.2025.

6. Патент RU № 2811420. Паньков А.А. Способ изготовления пьезоэлектрического актюатора. Дата заявки: 24.10.2023. Дата публикации: 11.01.2024.

7. Патент RU № 2818079. Паньков А.А. Пьезоэлектрический актюатор. Дата заявки: 22.09.2023. Дата публикации: 24.04.2024.

8. Патент RU № 2803015. Паньков А.А. Пьезоэлектрический MDS-актюатор. Дата заявки: 11.04.2023. Дата публикации: 05.09.2023.

9. Wang Y., Ren T., Ren Y., Gu R., Liu Y. Analysis of the Radial Force of a Piezoelectric Actuator with Interdigitated Spiral Electrodes. Micromachines. 2024. № 15. P.1378. https://doi.org/10.3390/mi15111378

10. Попов И.А., Лукин А.В., Пискун Н.В. Компактная аналитическая модель импульсного электродинамического дискового излучателя. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2024. № 1. С. 96-104. https://doi.org/10.15593/perm.mech/2024.1.08

Для цитирования:

Паньков А.А. Численное моделирование дисковых пленочных пьезоэлектрических актюаторов со встречно-гребенчатыми электродами. // Журнал радиоэлектроники. – 2025. – №. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2025.10.4