電壓激勵下壓電層合結(jié)構(gòu)的動力學(xué)分析.pdf

1、壓電層合結(jié)構(gòu)在工程中已經(jīng)被廣泛地使用，其常被用在生產(chǎn)傳感器、轉(zhuǎn)換器、驅(qū)動器等設(shè)備中。由于壓電智能層合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用研究起步不久，為保證該類結(jié)構(gòu)在外激勵下安全可靠地工作，有許多基礎(chǔ)性力學(xué)問題急需解決。以壓電層合梁、板為代表的分布式結(jié)構(gòu)成為高性能壓電元件設(shè)計(jì)的理想結(jié)構(gòu)形式，分析壓電層合梁、板結(jié)構(gòu)的動力學(xué)問題有著重要的應(yīng)用價值和理論意義。論文以壓電陶瓷-金屬-壓電陶瓷對稱層合結(jié)構(gòu)為研究對象，研究了其受電壓激勵時的響應(yīng)問題。
　　首先闡述了論

2、文的研究目的及意義，介紹了壓電材料的種類及性能，壓電方程及相關(guān)理論，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀等。
　　其次基于Lagrange方程得到了等截面壓電層合對稱懸臂梁在橫向激振電壓下的強(qiáng)迫振動微分方程。用ANSYS軟件對建立的相關(guān)有限元模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，仿真結(jié)果與理論值基本吻合，驗(yàn)證了理論的正確性。進(jìn)一步分析了阻尼對橫向位移響應(yīng)的影響，討論了速度、加速度隨時間的變化規(guī)律，分析了壓電懸臂梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)位置及最大應(yīng)力值隨時間的關(guān)系。結(jié)果表明阻

3、尼的大小對拍的形成及持續(xù)時間有一定的影響，振動時最大應(yīng)力位置出現(xiàn)在靠近固定端的壓電陶瓷與基體材料的粘接處。
　　然后基于考慮了壓電材料的電致彈性和電致伸縮效應(yīng)的非線性本構(gòu)方程，依據(jù)Von Karman大撓度理論、Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法推導(dǎo)出了電壓激勵下的壓電層合矩形薄板的非線性振動方程。求得了壓電層合薄板主共振時幅頻響應(yīng)方程并通過算例驗(yàn)證了理論的正確性。證明了當(dāng)激勵電場較大時，壓電材料的非線性效應(yīng)不可忽