層合壓電智能結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬和振動控制研究.pdf

1、層合壓電智能結(jié)構(gòu)是由彈性材料，壓電材料和粘結(jié)層構(gòu)成，在層合壓電智能結(jié)構(gòu)中存在著復(fù)雜的彈性場、電場的相互耦合作用。因此建立能準(zhǔn)確描述層合壓電智能結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的靜動態(tài)響應(yīng)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(shè)計、優(yōu)化設(shè)計與計算機模擬；探索力學(xué)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(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計；研究傳感層和致動層嵌置深度、厚度及位置的優(yōu)化設(shè)計模型，建立嵌置有傳感層和

2、致動層的層合智能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)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(nèi)容如下： (1)、層合壓電智能結(jié)構(gòu)的有限元方程推導(dǎo)和有限元分析模型建立。從Hamilton原理和磁電力熱耦合的本構(gòu)方程出發(fā)，通過引入對電場和彈性場適當(dāng)?shù)慕?，建立層合壓電結(jié)構(gòu)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(zhǔn)備。 (2)、層合壓電智能結(jié)構(gòu)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(jié)層的影響，實際上粘結(jié)層對結(jié)構(gòu)的性態(tài)是有影響的。建立能準(zhǔn)確描述壓電材料層合結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的彈性場、電場、和溫度場的分布以及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)致動性能和傳感性能的影響。 (3)、層合壓電智能結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。在層合壓電智能結(jié)構(gòu)中調(diào)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(jié)構(gòu)的研究主要集中在傳感層和致動層都附著在層合智能結(jié)構(gòu)的表面。在這種情況下，附著在層合智能結(jié)構(gòu)表面的傳感層和致動層比較容易受到化學(xué)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(guān)。隨著智能結(jié)構(gòu)動力學(xué)、材料科學(xué)以及電子技術(shù)的發(fā)展，在層合智能結(jié)構(gòu)的制造過程中將傳感層和致動層嵌置在層合結(jié)構(gòu)內(nèi)部在技術(shù)上已成為可能。 (4)、層合壓電智能結(jié)構(gòu)的主動控制。本文研究了傳感層和致動