Frictionless contact in a layered piezoelectric medium composed of materials with hexagonal symmetry

Abstract

Se presenta una formulación matricial para la solución de problemas de contacto sin fricción en semiplanos piezoeléctricos elásticos de múltiples capas. Se consideran diferentes disposiciones de materiales piezoeléctricos elásticos y transversalmente ortotrópicos dentro del medio de múltiples capas. Se usa una deformación de plano generalizada para obtener las ecuaciones gobernantes de equilibrio para cada capa individual, que se resuelven con la técnica de transformada de Fourier infinita. Entonces el problema se reformula con el método de rigidez local/global, en el cual se formula para cada capa una matriz de rigidez local que relaciona los esfuerzos y el desplazamiento eléctrico con los desplazamientos mecánicos y el potencial eléctrico en el dominio transformado. En seguida se ensambla en una matriz de rigidez global para todo el semiplano imponiendo la continuidad interfacial de tracciones y desplazamientos. Este enfoque por rigidez local/global no sólo elimina la necesidad de hallar explícitamente los coeficientes de Fourier desconocidos, sino que también permite el uso de algoritmos numéricos eficientes, muchos de los cuales se desarrollaron para análisis por elementos finitos. A diferencia de los métodos de elementos finitos, este enfoque requiere una entrada miníma. El uso de condiciones de borde mezcladas reduce el problema a una ecuación integral, que se resuelve para la presión de contacto desconocida con una técnica basada en los polinomios de Chebyshev.