層合壓電智能結構的數(shù)值模擬和振動控制研究.pdf

1、層合壓電智能結構是由彈性材料，壓電材料和粘結層構成，在層合壓電智能結構中存在著復雜的彈性場、電場的相互耦合作用。因此建立能準確描述層合壓電智能結構在外荷載作用下的靜動態(tài)響應的分析模型，要進行力.電耦合行為的建模；力-電耦合的定量設計、優(yōu)化設計與計算機模擬；探索力學場，電場的宏觀場的耦合作用，討論層狀智能材料力-電耦合問題的計算理論和方法；層合壓電智能結構的優(yōu)化設計；研究傳感層和致動層嵌置深度、厚度及位置的優(yōu)化設計模型，建立嵌置有傳感層和

2、致動層的層合智能結構的優(yōu)化設計的有限元分析模型和閉合反饋控制算法的理論公式，實現(xiàn)層合壓電智能結構的靜力分析、形狀控制和主動控制，這些都是亟待解決的問題。本文研究的主要內容如下： (1)、層合壓電智能結構的有限元方程推導和有限元分析模型建立。從Hamilton原理和磁電力熱耦合的本構方程出發(fā)，通過引入對電場和彈性場適當?shù)慕?，建立層合壓電結構的有限元分析模型和計算公式，編制基于ANSYS/APDL的有限元分析程序，為靜力分析和主動

3、控制做準備。 (2)、層合壓電智能結構的靜力分析。在現(xiàn)有的壓電有限元分析模型中，大部分都忽略了粘結層的影響，實際上粘結層對結構的性態(tài)是有影響的。建立能準確描述壓電材料層合結構在外荷載作用下的彈性場、電場、和溫度場的分布以及結構的感知和致動行為的有限元分析模型。重點揭示單點配置和多點配置壓電片、以及不同粘貼與埋置方式對于結構致動性能和傳感性能的影響。 (3)、層合壓電智能結構的優(yōu)化設計。在層合壓電智能結構中調整壓電的電場和

4、電壓可以實現(xiàn)靜力變形控制。早期層合智能結構的研究主要集中在傳感層和致動層都附著在層合智能結構的表面。在這種情況下，附著在層合智能結構表面的傳感層和致動層比較容易受到化學腐蝕和機械損壞。另一方面致動力的大小與壓電層的厚度、嵌置位置和深度密切相關。隨著智能結構動力學、材料科學以及電子技術的發(fā)展，在層合智能結構的制造過程中將傳感層和致動層嵌置在層合結構內部在技術上已成為可能。 (4)、層合壓電智能結構的主動控制。本文研究了傳感層和致動