具有荷載自識別功能的壓電智能材料結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、本文從航空航天等領(lǐng)域利用壓電智能結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控的工程背景出發(fā)，對壓電智能材料結(jié)構(gòu)承受沖擊載荷的識別方法進行了研究，并以此方法為基礎(chǔ)構(gòu)建了一種具有載荷自識別功能的的壓電智能材料結(jié)構(gòu)。這對于智能結(jié)構(gòu)的載荷識別研究以及在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控工程中的應(yīng)用具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。其主要研究內(nèi)容分為三個方面：
　　 一是提出了采用有限元逆分析和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了復(fù)合材料板殼結(jié)構(gòu)沖擊載荷位置的識別。該方法通過有限元分析

2、計算得到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的測試樣本，用訓(xùn)練樣本對網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，以訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)來識別殼體結(jié)構(gòu)的載荷作用位置。并分別通過復(fù)合材料板、殼結(jié)構(gòu)仿真算例加以驗證。算例結(jié)果表明：基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)載荷識別的方法是非常有效的，網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練速度很快，精度可以滿足工程實際要求。
　　 二是基于對壓電層合板智能結(jié)構(gòu)的應(yīng)變模態(tài)分析，研究了由結(jié)構(gòu)的壓電模態(tài)應(yīng)變反演瞬態(tài)荷載時間歷程的有限元逆分析方法。其思路是將智能板離散成若干壓電板單元設(shè)計成壓電模態(tài)傳感器

3、，實測壓電板單元的應(yīng)變響應(yīng)作為基本測量參數(shù)，通過分析得到被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變響應(yīng)函數(shù)，然后由參數(shù)識別得到結(jié)構(gòu)的固有頻率、阻尼比和應(yīng)變振型，最后由結(jié)構(gòu)模態(tài)應(yīng)變反推出荷載的時間歷程。
　　 三是完成了一種具有荷載自識別功能的壓電智能材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計與研究。方法是將壓電片粘貼在要監(jiān)控的碳纖維復(fù)合材料關(guān)鍵部位表面上，設(shè)計制作類似飛行器機翼的殼面結(jié)構(gòu)。為考慮壓電元件的響應(yīng)范圍和識別精度等因素，文中對壓電片的數(shù)量和優(yōu)化布置方法進行了討論。