發(fā)布時(shí)間：2017-08-10 03:14

  本文關(guān)鍵詞：基于狀態(tài)空間法壓電疊層固支梁力學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 固支梁 疊層梁 壓電材料 狀態(tài)空間法 精確解

【摘要】：智能材料在大型結(jié)構(gòu)與工程的安全和發(fā)展領(lǐng)域展現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景,特別是大型結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測和診斷,在土木工程中,壓電智能材料在結(jié)構(gòu)監(jiān)測、控制、智能調(diào)節(jié)等方面都發(fā)揮了極大的作用。在眾多的結(jié)構(gòu)中,由于壓電智能材料構(gòu)成的疊層構(gòu)件是常用的構(gòu)件之一,需要對不同壓電疊層材料在不同支撐和受力情況下的力學(xué)性能進(jìn)行研究,以便于尋求更精確、更便捷、更快速的求解方法,為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造提供理論基礎(chǔ)。文中分別采用一般彈性材料、疊層彈性材料、壓電智能單層材料、壓電智能疊層材料兩端固支梁為力學(xué)模型,以彈性力學(xué)的三大基本方程(本構(gòu)方程、運(yùn)動方程和梯度方程)為基礎(chǔ),引入狀態(tài)空間法,通過矩陣推導(dǎo)與計(jì)算,建立了相應(yīng)的狀態(tài)方程,結(jié)合相應(yīng)的邊界條件求解出了狀態(tài)傳遞矩陣。并且以梁僅在上表面受均布荷載作用時(shí)的情況為例,經(jīng)過代數(shù)運(yùn)算,求得梁的任意高度處狀態(tài)變量的精確解。在求解壓電疊層材料狀態(tài)空間解時(shí),考慮壓電材料的壓電效應(yīng),忽略體力、體電荷、體電流,結(jié)合壓電效應(yīng)方程,得到傳遞矩陣,最終得出壓電疊層梁各個(gè)狀態(tài)變量的精確解。這種方法對于單層梁和疊層梁均適用,不受厚度的限制,在疊層構(gòu)件的求解中可廣泛應(yīng)用。文章最后利用MATLAB軟件對不同跨高比的一般彈性材料單層梁、一般彈性材料疊層梁、彈性壓電材料單層梁和彈性壓電材料疊層梁進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算,得到相關(guān)力學(xué)與電學(xué)的解答,并與有限元軟件ANSYS的模擬結(jié)果進(jìn)行了對比。由結(jié)果對比得到結(jié)論,無論是單層梁還是疊層梁,無論是同種材料還是多種材料,計(jì)算結(jié)果均十分相近。在考慮了不同高跨比的情況下,本文方法計(jì)算結(jié)果與FEM模擬結(jié)果的誤差也在允許范圍之內(nèi)。由此可知,本文對于固支梁邊界條件的假定是十分準(zhǔn)確的,本文提出基于狀態(tài)空間理論研究壓電材料結(jié)構(gòu)的方法對于不同材料的單層梁與疊層梁的計(jì)算結(jié)果都十分準(zhǔn)確,且此方法適用于疊層結(jié)構(gòu)與計(jì)算機(jī)編程。
【關(guān)鍵詞】：固支梁 疊層梁 壓電材料 狀態(tài)空間法 精確解
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU317
【目錄】：

• 致謝6-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-14
• 第一章 智能材料概述14-24
• 1.1 引言14
• 1.2 智能材料的簡介14-18
• 1.2.1 智能材料的概念、組成與分類14-16
• 1.2.2 智能材料的應(yīng)用前景16-18
• 1.3 壓電智能材料的簡介與應(yīng)用18-22
• 1.3.1 壓電智能材料的簡介18-19
• 1.3.2 壓電智能材料的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.3 壓電智能材料在土木工程中的應(yīng)用20-22
• 1.3.4 壓電材料的發(fā)展前景22
• 1.4 本文的工作內(nèi)容及安排22-24
• 1.4.1 主要工作內(nèi)容22-23
• 1.4.2 工作安排23-24
• 第二章 一般彈性材料固支單層梁的精確解24-33
• 2.1 狀態(tài)空間法的相關(guān)理論24-26
• 2.2 一般彈性材料單層梁的狀態(tài)方程26-30
• 2.3 一般彈性材料固支單層梁精確解30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 第三章 彈性壓電材料固支疊層梁的精確解33-52
• 3.1 壓電效應(yīng)與本構(gòu)方程33-39
• 3.1.1 壓電材料的彈性性能與介電性能33-35
• 3.1.2 壓電材料的正壓電效應(yīng)及表達(dá)式35-37
• 3.1.3 壓電材料的逆壓電效應(yīng)及表達(dá)式37-38
• 3.1.4 壓電材料的四類本構(gòu)方程38-39
• 3.2 壓電材料單層梁的狀態(tài)方程39-42
• 3.3 壓電材料固支單層梁的邊界條件42-43
• 3.4 壓電材料固支單層梁的精確解43-44
• 3.5 狀態(tài)空間法在疊層構(gòu)件中的應(yīng)用44-45
• 3.6 彈性材料固支疊層梁的精確解45-48
• 3.7 壓電材料固支疊層梁的精確解48-50
• 3.8 本章小結(jié)50-52
• 第四章 數(shù)值仿真算例52-72
• 4.1 MATLAB軟件在數(shù)值模擬中的作用52-55
• 4.1.1 MATLAB的主要特點(diǎn)及應(yīng)用52-53
• 4.1.2 參數(shù)與矩陣的輸入53
• 4.1.3 矩陣運(yùn)算語句53-54
• 4.1.4 循環(huán)語句54
• 4.1.5 數(shù)值精度與結(jié)果輸出54-55
• 4.2 ANSYS軟件在數(shù)值模擬中的應(yīng)用55-59
• 4.2.1 ANSYS軟件的計(jì)算步驟和技術(shù)特點(diǎn)55-57
• 4.2.2 疊層梁模型57-58
• 4.2.3 材料與環(huán)境的模擬58-59
• 4.3 彈性材料固支梁仿真計(jì)算59-63
• 4.3.1 一般彈性材料固支單層梁仿真計(jì)算60-61
• 4.3.2 一般彈性材料固支疊層梁仿真計(jì)算61-63
• 4.4 材料固支梁仿真計(jì)算63-70
• 4.4.1 壓電材料固支單層梁仿真計(jì)算64-67
• 4.4.2 壓電材料固支疊層梁仿真計(jì)算67-70
• 4.5 本章小結(jié)70-72
• 第五章 結(jié)論與展望72-74
• 5.1 本文結(jié)論72-73
• 5.2 研究展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 仲作金;褚祥誠;陳海超;張淑蘭;崔宏超;周梅;;瓷磚裝飾用壓電噴墨打印頭關(guān)鍵技術(shù)研究[J];壓電與聲光;2016年02期

2 王立威;吳琳;;骨組織植入用壓電材料研究進(jìn)展[J];中國實(shí)用口腔科雜志;2015年10期

3 文理;劉玉紅;;倒車?yán)走_(dá)用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷材料的研究[J];廣州化工;2015年14期

4 錢伯章;;日本理光公司研制發(fā)電橡膠[J];合成橡膠工業(yè);2015年04期

5 蘆遠(yuǎn)騰;何博文;關(guān)群;;壓電疊層梁的動力精確解[J];安徽建筑大學(xué)學(xué)報(bào);2015年03期

6 許斌;陳夢琦;余地華;侯玉杰;;基于壓電阻抗的鋼管混凝土柱界面缺陷檢測研究[J];施工技術(shù);2015年11期

7 蔡萍;許斌;周宇;;基于外貼壓電材料的鋼管混凝土界面缺陷檢測[J];壓電與聲光;2015年02期

8 許斌;陳夢琦;王海東;余地華;侯玉杰;;基于壓電阻抗的鋼管砼柱橫隔板剝離缺陷檢測[J];壓電與聲光;2015年01期

9 李珉;柏逢明;;雙晶片壓電材料微型驅(qū)動系統(tǒng)研究[J];壓電與聲光;2014年06期

10 涂遠(yuǎn);;智能材料在土木工程中的應(yīng)用[J];福建建筑;2014年02期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 關(guān)群;智能材料結(jié)構(gòu)的多場耦合問題的基本理論及其應(yīng)用[D];合肥工業(yè)大學(xué);2009年

，

本文編號：648575