隨著現(xiàn)代智能控制和結構健康檢測技術的發(fā)展,具有良好的力磁耦合性質(zhì)的磁致伸縮作動器被用于相關工程領域,其動態(tài)行為是力學、機械工程及電磁器件等多學科的重要研究課題。本文以微機電系統(tǒng)中廣泛應用的薄膜型磁致伸縮復合懸臂梁式作動器為工程背景,針對在電磁激勵下磁致伸縮雙層復合懸臂梁的振動問題,系統(tǒng)地建立了一維和二維磁彈性雙層復合梁的振動理論模型,獲得了振動響應的解析計算結果。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)針對磁致伸縮雙層復合懸臂梁的線性振動問題,基于Levinson梁位移假設的雙層梁理論,建立了考慮高階剪切效應的相應振動問題的數(shù)學模型。導出了以層間撓度和層間剪切應力為基本未知量的振動控制方程,并且此模型可以滿足雙層梁的位移和應力連續(xù)的界面條件以及上下表面應力自由條件。給出了固有頻率方程和受迫振動撓度響應的解析解。通過數(shù)值算例,分析了相應的振動模態(tài)和簡諧磁場激勵下的動態(tài)特征。討論了材料參數(shù)和幾何參數(shù)對固有頻率、撓度響應以及磁機耦合因子的影響,得出了給定激勵頻率下磁機耦合因子達到最大值時的材料和幾何參數(shù)的優(yōu)化結果。(2)分別基于Euler梁和Timoshenko梁位移假設,引入標準平方型磁致伸縮材料的...

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景
        1.1.1 超磁致伸縮材料概述
        1.1.2 超磁致伸縮材料的特性
        1.1.3 超磁致伸縮作動器的常見結構及應用
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
2 磁致伸縮懸臂梁式作動器振動的線性理論分析
    2.1 雙層復合磁致伸縮懸臂梁振動的線性理論基礎
        2.1.1 基本方程
        2.1.2 定解條件
    2.2 基于Euler梁位移假設的等效單層梁振動理論及分析
    2.3 基于高階剪切梁位移假設的雙層梁振動理論模型及優(yōu)化分析
        2.3.1 數(shù)學模型建立
        2.3.2 問題的解析解
    2.4 數(shù)值算例及結果分析
        2.4.1 算例驗證
        2.4.2 振動位移模態(tài)和參數(shù)對固有頻率影響
        2.4.3 幾何和材料參數(shù)的影響
        2.4.4 磁機耦合因子及優(yōu)化分析
    2.5 本章小結
3 磁致伸縮懸臂梁式作動器振動的非線性理論分析
    3.1 非線性本構關系及能量表達式
    3.2 基于Euler梁位移假設的等效單層梁振動的非線性理論分析
        3.2.1 數(shù)學模型的建立
        3.2.2 頻率方程及振動響應的解析解
        3.2.3 算例的數(shù)值計算結果
    3.3 基于Timoshenko梁位移假設的雙層梁非線性振動分析
        3.3.1 數(shù)學模型的建立及振動問題的求解
        3.3.2 振動微分方程和邊界條件的變分導出
        3.3.3 問題的解析解
    3.4 數(shù)值算例與結果分析
        3.4.1 算例驗證
        3.4.2 幾何和材料參數(shù)對固有頻率的影響
        3.4.3 幅頻曲線和倍頻效應
        3.4.4 不同偏置磁場下幅頻曲線的特征
        3.4.5 磁感應強度的磁機耦合效應
    3.5 本章小結
4 基于非局部理論的磁致伸縮復合懸臂梁的振動分析
    4.1 問題的數(shù)學模型建立
    4.2 振動問題的解析解
    4.3 數(shù)值算例及討論
    4.4 本章小結
5 磁致伸縮復合懸臂梁振動問題的二維理論分析
    5.1 磁彈耦合平面理論基礎
    5.2 位移解法——級數(shù)形式解
    5.3 待定常數(shù)的確定——無窮維代數(shù)方程組
        5.3.1 由邊界條件導出的待定系數(shù)的方程組
        5.3.2 由界面連續(xù)條件導出的待定系數(shù)方程組
    5.4 數(shù)值算例及結果分析
    5.5 本章小結
6 結論與展望
7 參考文獻
8 作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3861678