功能梯度復(fù)合材料板結(jié)構(gòu)屈曲前和屈曲后的振動(dòng)特性研究.pdf

1、功能梯度材料(FunctionallyGradedMaterials，簡(jiǎn)稱(chēng)FGMs)通常是由陶瓷和金屬?gòu)?fù)合而成的一種新型先進(jìn)非均勻復(fù)合材料，在航空航天、核工業(yè)、動(dòng)力機(jī)械等領(lǐng)域內(nèi)有著極為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)于該類(lèi)材料結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的機(jī)械荷載、熱荷載及電荷載作用下屈曲前和屈曲后的振動(dòng)特性研究具有重要的理論與應(yīng)用價(jià)值。 本文的研究工作主要包括：(1)基于Reddy高階剪切變形板理論和廣義Karman型方程，給出了幾類(lèi)現(xiàn)有研究成果較少或沒(méi)有徹

2、底解決的FGM混合板結(jié)構(gòu)的屈曲前和屈曲后振動(dòng)特性研究的控制方程，成功將攝動(dòng)-Galerkin混合法應(yīng)用于求解過(guò)程，并給出了各控制方程相對(duì)直觀(guān)且易于計(jì)算的解析解形式；(2)單向壓電纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(PiezoelectricFiberReinforcedComposite，簡(jiǎn)稱(chēng)PFRC)是一種新型壓電材料，本文將其應(yīng)用到了結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制研究當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)通過(guò)壓電纖維體積含量的選擇可以實(shí)現(xiàn)混合板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化振動(dòng)控制；(3)圍繞幾種有代表性的FGM混

3、合板結(jié)構(gòu)，討論其屈曲后的振動(dòng)特性，在分析中同時(shí)考慮熱傳導(dǎo)，材料物性參數(shù)的溫度相關(guān)性，以及機(jī)/熱/電荷載耦合效應(yīng)對(duì)非線(xiàn)性振動(dòng)特性的影響，最后給出了大量數(shù)值計(jì)算結(jié)果。著重討論了FGM材料組分指數(shù)、溫度變化、長(zhǎng)寬比、邊厚比、屈曲與振動(dòng)模態(tài)、PFRC壓電纖維體積含量、控制電壓、芯層與面板厚度比等因素對(duì)各類(lèi)FGM混合板結(jié)構(gòu)屈曲前及屈曲后振動(dòng)特性的影響。 針對(duì)功能梯度材料主要應(yīng)用于高溫環(huán)境中的特點(diǎn)，本文考慮了所有參與分析材料的物性參數(shù)的溫度

4、相關(guān)性。又由于金屬和陶瓷的儲(chǔ)熱能力不同，熱傳導(dǎo)難以避免，故在每章開(kāi)頭都先給出了各類(lèi)功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)在熱場(chǎng)中的溫度分布函數(shù)。 隨后，基于Reddy高階剪切變形板理論和廣義Karman型方程，給出了各類(lèi)功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的振動(dòng)以及屈曲后的振動(dòng)的控制方程，并采用改進(jìn)的攝動(dòng)-Galerkin混合法進(jìn)行求解。 接著，重點(diǎn)分析了表面覆蓋纖維增強(qiáng)壓電材料作動(dòng)器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性自由振動(dòng)和受迫振動(dòng)，具體討論了材料

5、組分指數(shù)、溫度變化、壓電纖維體積含量及控制電壓等因素對(duì)表面覆蓋纖維增強(qiáng)壓電材料作動(dòng)器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性振動(dòng)和動(dòng)力響應(yīng)的影響。在這之后，詳細(xì)分析了對(duì)稱(chēng)功能梯度材料板結(jié)構(gòu)屈曲后的振動(dòng)特性，將控制方程拆分為屈曲和振動(dòng)兩個(gè)部分并分別用攝動(dòng)-Galerkin混合法進(jìn)行求解，具體討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、邊厚比、長(zhǎng)寬比、屈曲與振動(dòng)模態(tài)等因素對(duì)對(duì)稱(chēng)功能梯度材料板結(jié)構(gòu)屈曲后的振動(dòng)特性的影響，并對(duì)由兩組不同材料構(gòu)成的對(duì)稱(chēng)功能梯度材料板結(jié)

6、構(gòu)的屈曲后的振動(dòng)特性進(jìn)行了比較。還研究了熱環(huán)境下表面覆蓋或埋置纖維增強(qiáng)壓電材料作動(dòng)器的功能梯度材料混合板結(jié)構(gòu)的屈曲后的振動(dòng)特性，通過(guò)參數(shù)分析討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、壓電纖維體積含量及控制電壓等因素對(duì)表面覆蓋或埋置纖維增強(qiáng)壓電材料作動(dòng)器的功能梯度材料混合板屈曲后的振動(dòng)特性的影響。最后，研究了以FGM為面板的夾芯板在熱環(huán)境下屈曲后的線(xiàn)性自由振動(dòng)以及非線(xiàn)性振動(dòng)。詳細(xì)討論了材料組分指數(shù)、溫度變化、芯層與面板厚度比等因素對(duì)FGM夾芯板屈曲后