定向應(yīng)力波壓電驅(qū)動(dòng)器的有限元仿真與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文的目標(biāo)是對(duì)應(yīng)用于主動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定向應(yīng)力波驅(qū)動(dòng)器作初步研究。主動(dòng)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Active Structural Health Monitoring System，簡(jiǎn)稱ASHMS)是一種新興技術(shù)，由激勵(lì)信號(hào)技術(shù)、傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、識(shí)別與診斷技術(shù)構(gòu)成，可以完成對(duì)結(jié)構(gòu)的在線和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，按照檢測(cè)者的主觀要求靈活地對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)損傷進(jìn)而評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況。在ASHMS中，引入定向應(yīng)力波是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷精確定位的一個(gè)有

2、效途徑。定向應(yīng)力波使得振動(dòng)能量集中在設(shè)定的目標(biāo)區(qū)域內(nèi)傳播，因此提高了能量的有效利用率，并且降低了傳感器信號(hào)的復(fù)雜程度，提高了信噪比?；谡迟N式PZT驅(qū)動(dòng)元件和壓電AFC驅(qū)動(dòng)元件，本文對(duì)定向應(yīng)力波驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究。 壓電理論是壓電材料應(yīng)用及壓電元件開發(fā)的基礎(chǔ)。本文首先介紹了壓電效應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)和理論；論述了有限單元法在壓電復(fù)合材料分析中的基本理論和方法，及利用有限元進(jìn)行模擬的一般步驟。 然后，基于有限元軟件AN

3、SYS，本文對(duì)PZT驅(qū)動(dòng)片進(jìn)行了模態(tài)分析，得出PZT驅(qū)動(dòng)片定向諧振頻率隨尺寸變化的規(guī)律；對(duì)PZT驅(qū)動(dòng)片與宿主結(jié)構(gòu)的整體進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得出定向激勵(lì)頻率隨PZT驅(qū)動(dòng)片尺寸、宿主結(jié)構(gòu)尺寸、材料等變化的規(guī)律。 再次，建立壓電AFC驅(qū)動(dòng)元件的模型，對(duì)其進(jìn)行了靜力分析，重點(diǎn)分析了影響復(fù)合材料性能的幾個(gè)因素：壓電纖維直徑、分支電極間距、分支電極面的寬度、壓電相和聚合物相的體積比，以及兩相材料的幾個(gè)物理量，如彈性模量、泊松比、介電常數(shù)等。得出