پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 8 |
| تعداد شماره‌ها | 417 |
| تعداد مقالات | 5,494 |
| تعداد مشاهده مقاله | 6,136,433 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 5,380,653 |
مدل‌سازی دینامیکی جامع و تحلیل رفتار سامانه تزریق قطره سیال به کمک پیزوالکتریک | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| دوره 56، شماره 10، 1403، صفحه 1429-1450 اصل مقاله (3.22 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2025.23611.7788 | ||
| نویسندگان | ||
| پویا فیروزی راد؛ حامد غفاری راد* ؛ سیدمهدی رضاعی | ||
| دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سامانه‌های تزریق قطره سیال مبتنی بر پیزوالکتریک، به‌عنوان دستگاه‌های کاربردی در بسیاری از صنایع استفاده می‌شوند. بااین‌حال، ساختار الکترومکانیکی آن‌ها اغلب پیچیدگی‌هایی در مدل‌سازی دینامیکی ایجاد می‌کند که ناشی از تعامل بین اجزای مختلف، به‌ویژه مکانیزم‌های منعطف و عملگرهای پیزوالکتریک است. در این مطالعه، اجزای سیستم به‌صورت جداگانه مدل‌سازی و با هم ترکیب شده‌اند، تا رفتار سیستم پیش‌بینی شود. برای تحلیل مکانیزم منعطف نوع پل، روشی مناسب پیشنهاد شده تا ساختار را با حالت‌‌های محدود مدل‌سازی کند. این روش می‌تواند رفتار اجزا را بدون کاهش دقت پیش‌بینی کند که آن را برای ترکیب با دینامیک سایر اجزا ایده‌آل می‌سازد. علاوه بر این، یک رویکرد مدل‌سازی غیرخطی معرفی شده است، تا رفتار هیسترزیس غیرخطی پیزوالکتریک را شناسایی نماید. در نهایت، با ترکیب کل دینامیک سیستم، یک مدل جامع به دست می‌آید. مدل توسعه‌یافته برای مکانیزم منعطف، به‌صورت مجزا توسط نرم‌افزار المان محدود و آزمایش‌های تجربی صحهگذاری شده است، تا دقت آن اثبات شود. مدل هیسترزیس غیرخطی نیز شناسایی و با آزمایش‌های تجربی صحهگذاری شده و مقدار ضریب تعیین آن بالای 0/98 محاسبه شده است. دینامیک جامع سیستم الکترومکانیکی، در فرکانس‌های ورودی مختلف شناسایی و آزمایش شده و مقادیر ضریب تعیین بالای0/95 برای تمام فرکانس‌های ورودی به‌دست‌آمده است، که دقت مدل دینامیکی را تأیید می‌نماید. به‌طورکلی، مدل توسعه‌یافته در طراحی و بهینه‌سازی دستگاه‌های تزریق قطره سیال پیزوالکتریک و همچنین در طراحی سیستم‌های کنترلی کاربردی است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| سامانه تزریق قطره سیال؛ پیزوالکتریک؛ مدل‌سازی دینامیکی؛ مکانیزم منعطف؛ هیسترزیس | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Comprehensive Dynamic Modeling and Characterization of a Piezoelectric Droplet Dispenser | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Pouya Firuzy rad؛ Hamed Ghafarirad؛ s.mehdi Rezaei | ||
| Department of mechanical engineering, Amirkabir university of technology | ||
| چکیده [English] | ||
| Piezoelectric dispensers are widely applicable devices across many industries. However, their electromechanical structure often poses complexity in dynamic modeling. The interplay of many components especially compliant mechanisms and piezoelectric actuators makes modeling of the system challenging. In this study, the components of the system have been modeled individually and coupled together to predict the system behavior. For analyzing the bridge-type compliant mechanism, an appropriate method is proposed to model the structure with limited states. The mentioned method can predict the component behavior without sacrificing the precision which makes it ideal for coupling with other components dynamics. Additionally, a non-linear modeling approach is introduced to capture the piezoelectric non-linear hysteresis behavior. Finally, by coupling the whole system dynamic, a comprehensive model is reached. The model developed for the compliant mechanism is individually validated by FEM software and experiments to prove the accuracy. The hysteresis nonlinear model is also identified and validated with the experiments with R squared exceeding 0.98. The entire coupled dynamics of the electromechanical system are identified and tested across several input frequencies. R-squared values exceed 0.95 for all input frequencies, affirming the accuracy of the dynamic model. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Droplet Dispensing System, Piezoelectric, Dynamic Modeling, Compliant Mechanism, Hysteresis | ||
| مراجع | ||
|
[1] S. Lu, X. Chen, H. Zheng, Y. Zhao, Y. Long, Simulation and Experiment on Droplet Volume for the Needle-Type Piezoelectric Jetting Dispenser, Micromachines, 10(9) (2019) 623. [2] S. Lu, J. Zhang, Y. Liu, H. Zheng, C. Ren, W. liu, Droplet formation study of a liquid micro-dispenser driven by a piezoelectric actuator, Smart Materials and Structures, 28(5) (2019) 055003. [3] L. Wang, X. Huang, S. Lin, Z. Bu, H. Jin, X. Lin, Z. Lin, P. Xie, Design and experiment of a jetting dispenser with compact amplifying mechanism and low stress in piezostack, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 31(5) (2020) 788-798. [4] S. Zhou, P. Yan, Design and Analysis of a Hybrid Displacement Amplifier Supporting a High-Performance Piezo Jet Dispenser, Micromachines, 14(2) (2023) 322. [5] Y. Shi, A. Huang, B. Fu, Design and performance analysis of a piezoelectric jetting dispensing valve, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, 35(10) (2024) 920-941. [6] H. Peng, J. Deng, G. Deng, C. Zhou, J. Li, Design and Research of a Novel Piezostack-Driven Jetting Dispenser With a Diamond Spring, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 12(11) (2022) 1849-1856. [7] G. Li, C. Zhou, Rigid flexible coupling dynamic analysis of piezoelectric jetting dispenser based on ADAMS, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 714(3) (2021) 032081. [8] G. Deng, W. Cui, C. Zhou, J. Li, A piezoelectric jetting dispenser with a pin joint, Optik, 175 (2018) 163-171. [9] J. Jeon, S.-M. Hong, M. Choi, S.-B. Choi, Design and performance evaluation of a new jetting dispenser system using two piezostack actuators, Smart Materials and Structures, 24(1) (2015) 015020. [10] M.A. Trimzi, Y.B. Ham, B.C. An, Y.M. Choi, J.H. Park, S.N. Yun, Development of a Piezo-Driven Liquid Jet Dispenser with Hinge-Lever Amplification Mechanism, Micromachines, 11(2) (2020) 117. [11] J.W. Sohn, S.-B. Choi, Identification of Operating Parameters Most Strongly Influencing the Jetting Performance in a Piezoelectric Actuator-Driven Dispenser, Applied Sciences, 8(2) (2018) 243. [12] C. Zhou, J.a. Duan, G. Deng, J. Li, A Novel High-Speed Jet Dispenser Driven by Double Piezoelectric Stacks, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(1) (2017) 412-419. [13] R. Zhao, S. Lv, G. Chen, J. Chen, Q. Wang, M. Wu, J. Zheng, Design and experiment of a new double needle type piezoelectric jetting dispenser, Smart Materials and Structures, 32(3) (2023) 035022. [14] L. Cao, S.G. Gong, Y.R. Tao, S.Y. Duan, Optimizing dispensing performance of needle-type piezoelectric jet dispensers: a novel drive waveform approach, Smart Materials and Structures, 33(4) (2024) 045001. [15] C. Zhou, J. Li, J.A. Duan, G. Deng, Direct-Acting Piezoelectric Jet Dispenser With Rhombic Mechanical Amplifier, IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, 8(5) (2018) 910-913. [16] G. Deng, N. Wang, C. Zhou, J. Li, A Simplified Analysis Method for the Piezo Jet Dispenser with a Diamond Amplifier, Sensors, 18(7) (2018) 2115. [17] X. Chen, Z. Deng, S. Hu, X. Gao, J. Gao, Research on three-stage amplified compliant mechanism-based piezo-driven microgripper, Advances in Mechanical Engineering, 12(3) (2014) 1687814020911470. [18] M. Ling, J. Wang, M. Wu, L. Cao, B. Fu, Design and modeling of an improved bridge-type compliant mechanism with its application for hydraulic piezo-valves, Sensors and Actuators A: Physical, 324 (2021) 112687. [19] Y. Li, X. Zhu, S. Bi, R. Guo, J. Sun, W. Hu, Design and development of compliant mechanisms for electromagnetic force balance sensor, Precision Engineering, 64 (2020) 157-164. [20] Z. Bu, S. Lin, X. Huang, A. Li, D. Wu, Y. Zhao, Z. Luo, L. Wang, A novel piezostack-driven jetting dispenser with corner-filleted flexure hinge and high-frequency performance, Journal of Micromechanics and Microengineering, 28(7) (2018) 075001. [21] M. Wu, R.-M. Zhao, J.-N. Chen, J.-J. Zheng, B.-K. Shao, Design and performance analysis of a flexible-hinged piezoelectric driving dispenser, Smart Materials and Structures, 33(4) (2024) 045014. [22] M. Ling, X. Zhang, Coupled dynamic modeling of piezo-actuated compliant mechanisms subjected to external loads, Mechanism and Machine Theory, 160 (2021) 104283. [23] S. Bashash, N. Jalili, Robust Multiple Frequency Trajectory Tracking Control of Piezoelectrically Driven Micro/Nanopositioning Systems, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 15(5) (2007) 867-878. [24] H. Ghafarirad, S.M. Rezaei, A. Abdullah, M. Zareinejad, M. Saadat, Observer-based sliding mode control with adaptive perturbation estimation for micropositioning actuators, Precision Engineering, 35(2) (2011) 271-281. [25] J. Gan, X. Zhang, H. Wu, A generalized Prandtl-Ishlinskii model for characterizing the rate-independent and rate-dependent hysteresis of piezoelectric actuators, Review of Scientific Instruments, 87(3) (2016) 035002. [26] M. Ling, J. Cao, N. Pehrson, Kinetostatic and dynamic analyses of planar compliant mechanisms via a two-port dynamic stiffness model, Precision Engineering, 57 (2019) 149-161. [27] M. Ling, C. Zhang, L. Chen, Optimized design of a compact multi-stage displacement amplification mechanism with enhanced efficiency, Precision Engineering, 77 (2022) 77-89. [28] M. Ling, X. Zhang, J. Cao, Extended Dynamic Stiffness Model for Analyzing Flexure-Hinge Mechanisms With Lumped Compliance, Journal of Mechanical Design, 144(1) (2021) 013304. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 210 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 140 |
||